沿程阻力损失和局部阻力损失

在流体力学中,流体流动会遇到各种阻力,流体在运动过程中克服阻力而消耗的能量称为阻力损失(resistance loss),也称水头损失(head loss)或能量损失(energy loss),其中边界对流体的阻力是产生阻力损失的外因,流体的黏滞性是产生阻力损失的内因,也是根本原因。

根据边界条件的不同把阻力损失分为两类:对于平滑的边界,水头损失与流程成正比的称为沿程阻力损失(energy loss along the length),用h f表示,如图41中的h fab,h fbc,h fcd就是ab、bc、cd段的沿程阻力损失;由局部边界急剧改变导致流体结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部阻力损失(local energy loss),用h m表示,如图4-1中的h m a、h m b、h m c就是相应的局部阻力损失。整个管路的能量损失等于各管段的沿程阻力损失和局部阻力损失的总和,即

图4-1　沿程阻力损失和局部阻力损失

h l=∑h f+∑h m

对于图4-1所示的流动系统,能量损失为

h l=h fab+h fbc+h fcd+h ma+h mb+h mc

阻力损失一般有两种表示方法:对于液体,通常用单位重量流体的阻力损失(或称水头损失)h 1来表示,其量纲为长度;对于气体,常用单位体积内的流体的阻力损失(或称压强损失)p 1来表示,其量纲与压强的量纲相同。它们之间的关系是

p 1=γh 1

阻力损失计算公式用水头损失表达时,为

沿程阻力损失

局部阻力损失

用压强损失表达,则为式中,l为管长;d为管径;u为断面平均流速;g为重力加速度;λ为沿程阻力系数;ζ为局部阻力系数。这些公式是长期工程实践的经验总结,主要是用经验或半经验的方法获得的。