1．圆形管流的雷诺数区域划分尼古拉兹沿程阻力系数f和雷诺数Re的对数坐标上，得到了实验曲线，如图10-15所示。图10-15 尼古拉兹实验曲线尼古拉兹发现，圆形管流的运动中沿程阻力系数f依据流体流动的雷诺数Re划分成层流区、层流与湍流的临界区、湍流水力光滑区、湍流过渡区以及湍流粗糙区五个区域。......
2023-06-29
确定圆管内局部损失系数的方法与步骤
【摘要】：本章强调的重点为局部阻力损失的形成原因以及改善措施。图10-21 三通管减小局部阻力系数措施的示意图
在工业管道中，如果管道截面面积发生变化或者流体流经各种局部障碍装置造成的机械能损失称为局部阻力损失，而单位重力流体的局部阻力损失则称为局部水头损失，其计算公式为
式中，hζ为局部水头损失，ζ为局部阻力系数。本章强调的重点为局部阻力损失的形成原因以及改善措施。由于局部阻力系数到目前为止只有少数理论公式计算，大多数都是通过实验测定，所以这里只介绍数种常见局部损失系数的计算公式和实测数据综合列表。
10.9.1 局部损失的形成原因
为了保证流体的转向调节、加速、升压、过滤、测量等需求，会加装各种附件或仪器，当流体在经过这些局部障碍装置时造成的机械能损失即称为局部阻力损失。常见的局部障碍装置如图10-17所示。
图10-17 常见的局部障碍装置
可以看出，流体局部阻力损失的原因大抵可以分成流体的速度重新分布和流体流动分离形成旋涡两个原因。
1．流体速度重新分布
流体在管道内流动时，如果管壁发生变化，则使流体受到压缩或扩张，从而引起流体的速度重新分布，导致流体质点的碰撞及摩擦加剧。在流速重新分布的过程中，流体质点间必然发生更多的摩擦和碰撞，从而消耗一定的能量，导致能量的损失，而这种损失就称为碰撞损失。
2．流体流动分离形成漩涡
流体在管道内流动时，如果管壁急剧发生变化，流体在惯性力的作用下就会与璧面发生脱离，形成旋涡区。在旋涡区内流体的旋转运动和主流方向不一致，引起主流能量的损失，这种损失就称为旋涡损失。
由此可知，流体局部阻力损失的产生原因主要在于流体的速度重新分布和流体流动分离形成旋涡，所以局部阻力损失是由碰撞损失以及旋涡损失两种类型的损失组成。
10.9.2 影响局部损失的主要因素
实际发现，流体在管流内层流运动时，流体经过局部阻碍后的局部损失很小，一般忽略不计，而且流体经过局部阻碍后在雷诺数很小的情况下才有可能保持层流状态。因此，在工程上只研究湍流状态下的局部损失。大量的实验研究表明，局部阻力系数ζ决定于局部阻碍的形状、雷诺数和壁面的相对粗糙度Re等因素，也就是ζ=f（局部阻碍形状，Re，△/d）。不同的情况下，各因素起的作用不同，但局部边界的形状始终是一个主要因素。
10.9.3 常见局部损失系数
由于局部阻力系数到目前为止只有少数理论公式计算，大多数都通过实验测定，所以这里只介绍数种较为常见局部损失系数的计算公式和实测数据，如图10-18所示。
图10-18 常见局部损失系数ζ值的参考数值图
10.9.4 减少局部阻力损失的主要措施
局部阻力损失主要受到局部阻碍的形状与流场的流动状态影响，减少管流的局部阻力损失可通过两种不同途径来实现。一种是通过改善边界对流动的影响，另一种是向流体内部投入添加剂，使流体流动状态改变。投入添加剂目前尚属于新兴的研究课题，这里仅介绍如何改善边界层减少局部阻力损失的方法。改变流体外部的边界条件的原理着眼点在于防止或推迟主流与壁面的分离，避免旋涡区的产生或减小旋涡区的大小和强度，所以其方法大抵可以分为平顺的管道进口、使用渐扩管或二次突扩管、加大弯管的曲率半径或在其内加装导流叶片、尽可能地减小支管与合流管之间的夹角等方法。
1．平顺管道进口
实验证明，圆形进口比锐缘进口的阻力系数约小 50%，而流线型的圆形进口会比锐缘进口的阻力系数约小90%，所以平顺管道进口可有效减小管道进口处的局部阻力损失。
2．使用渐扩管或二次突扩管
实验证明，渐扩管的阻力系数比突扩管小得多，而且扩散角大的渐扩管阻力系数较大。此外，二次突扩的阻力系数小于一次突扩的阻力系数，由此可知使用渐扩管或二次突扩管可以减小管道的局部阻力损失，其外观示意图如图10-19所示。
图10-19 渐扩管或二次突扩管的外观
3．加大弯管的曲率半径或在其内加装导流叶片
弯管的阻力系数在一定范围内随曲率半径R与管径d的比值，也就是R/d的增大而减小，对于截面大的弯管，往往只能采用较小的R/d值，如果要减少局部阻力损失，可通过在弯管内部安装导流叶片的方法达到减阻目的，其外观示意图如图10-20所示。
图10-20 装有导流叶片的弯管
4．尽可能地减小支管与合流管之间的夹角
在流体转向的地方将折角转缓，如图10-21（a）所示，可以使局部损失系数减小；在总管上安装合流板或分流板，也可以让三通管的局部阻力系数减小，如图10-21（b）所示。
图10-21 三通管减小局部阻力系数措施的示意图
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