四、? 流體阻力的計算原則
如前所述,影響流體阻力大小的因素有流體物性、流體的流動形態(tài)和流動的邊界條件等。根據(jù)流動邊界條件的不同可以將流體阻力分為直管阻力和局部阻力,總流體阻力等于所有直管阻力與所有局部阻力之和。
(1)直管阻力? 是流體在直徑不變的管路中流動時,因為克服摩擦而消耗的能量,也叫沿程阻力。直管阻力由范寧公式計算,表達式為
式中? Ef/——直管阻力,J/kg;
λ——摩擦系數(shù),也稱摩擦因數(shù),無因次,其值主要與雷諾數(shù)和管子的粗糙程度有關,可由實驗測定或由經(jīng)驗公式計算或查圖獲得;
l——直管的長度,m;
d——直管的內徑,m;
u——流體在管內的流速,m/s。
(2)局部阻力? 是流體流過管件、閥件、變徑、出人口等局部元件時,因為流通截面積突然變化而引起的能量損失。由于各元件結構不同,因此造成阻力的狀況也不完全相同,目前只能通過經(jīng)驗方法計算局部阻力,主要局部阻力系數(shù)和當量長度法兩種。
1)局部阻力系數(shù)法? 此法把局部阻力正/看成是流體動能的某一倍數(shù),即
式中? 正/——局部阻力,J/kg;
L—局部阻力系數(shù),無因次,可實驗測定或從圖表中查取;
u——流體在局部元件內的流速,m/s。
2)當量長度法? 此法把局部阻力視作為一定長度直管的直管阻力,再按直管阻力的計算方法計算,即:
式中? le——局部元件的當量長度,m,它是與局部元件阻力相等的直管長度,通常由實驗測定或由圖表查?。?/span>
其他符號同前。
(3)總阻力? 在化工管路上,可能會有若干個不同管徑的直管,也會有多個局部元件,在計算總阻力時,可以分別計算各部分的直管阻力或局部阻力,再相加。
五、? 減少流體阻力的措施
流體阻力越大,輸送流體的動力消耗也越大,介質有可能在敝壓的危險狀態(tài)下輸送流體。另一方面,流體阻力的增加還可能造成系統(tǒng)壓力的下降,嚴重時將影響工藝的過程的正常進行,破壞系統(tǒng)的壓力平衡,因此,化工生產中為了保證流體的安全,平穩(wěn)運行應盡量減少流體阻力。從流體阻力計算公式可以看出,減少管長、增大管徑、降低流速、簡化管路和降低管壁面的粗糙度都是可以采取的措施。
(1)在滿足工藝要求的前提下,應盡可能減短管路。
(2)在管路長度基本確定的前提下,應盡可能減少管件、閥件,盡量避免管路直徑的突變。
(3)在可能的情況下,可以適當放大管徑,因為當管徑增加時,在同樣的輸送任務下,流速顯著減少,流體阻力顯著減少可以減少流體靜電的產生。
(4)在被輸送介質中加入某些物料,如丙烯酰胺、聚氧乙烯氧化物等,以減少介質對管壁的腐蝕和雜物沉積,從而減少旋渦,使流體阻力減少。