利用紊流的管道流雷诺数求充分发展流动

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利用紊流的管道流雷诺数求充分发展流动

2024-07-17 05:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

简介

分析管道流动的方程,如摩擦水头损失的Darcy Weisbach方程,通常只适用于管道流动的完全发展的流动部分。如果管道总长度相对于入口长度较大,则通常可以忽略入口长度的影响,计算时可以使用管道总长度。然而,如果管道总长度与入口长度相比相对较短,则可能需要单独分析入口区域。为了确定如何进行管道流量计算,有时需要估计入口长度。在计算紊流和层流的入口长度时,需要管道流动的雷诺数。

入口区域

左边的图表说明了“入口区域”和“完全发展的流”的含义。当流体进入管道时,其速度在管道横截面上通常是均匀的,如图所示。在入口附近,管道中心的流体不受流体与管壁之间摩擦的影响,但随着流体沿着管道向下流动,管壁摩擦的影响向管道中心移动,直到管道上的速度变化模式(称为速度剖面)变得恒定。速度分布发生变化的管道入口部分称为入口区,入口区之后的流动称为“完全发展流动”。接下来的两节将介绍估计管道流动入口区域长度的方程,称为入口长度。

估计入口长度

管道流动的入口长度是两者雷诺数的函数湍流和层流.你可能还记得,如果雷诺数(Re)大于4000,管道内的流动就会发生湍流。大多数具有类似于水的粘度的气体和液体的管道流动是湍流流动。

对于湍流流动,入口长度Le可由公式Le/D = 4.4Re1/6估计。

其中Re = dvp ρ/μ对于圆形管道中的流动,Re = 4RHVρ/μ对于非圆形管道中的流动,和

D =管径,ft

V =管道内平均流速(= Q/A), ft/sec

ρ =流体密度,鼻涕虫/ft3

μ =流体粘度,lb-sec/ft2

RH =水力半径,ft,其中RH = A/P,和

A =垂直于水流的横截面积,ft2

P =管道或管道截面的湿周长,ft

层流在管道和管道发生的雷诺数小于2100,雷诺数定义为刚刚在上面。管道中的层流只会发生在非常粘稠的流体和/或非常缓慢的流动中。

对于层流,入口长度Le可由公式Le/D = 0.06 Re估计。

典型入口长度计算

考虑1.2立方英尺的水流在50华氏度通过一个4英寸直径的管道。这个气流的入口长度是多少?

解决方案:在50oF时,水的密度和粘度为ρ = 1.94 slugs/ft3, μ = 2.34 x 10-5。

速度V的计算公式为V = Q/A = 1.2/(π d2 /4) = 1.2/[π(1/3)2/4] = 13.4 ft/sec。

将值代入Re = DVρ/μ,得到:Re = (1/3)(13.4)(1.94)/(2.34 x 10-5) = 3.79 x 105。

雷诺数大于4000,因此为湍流流动,入口长度可由公式Le/D = 4.4 Re1/6估算。

因此:勒/ (1/3)= 4.4 (3.79 x 104) 1/6,勒/ (1/3)= 37.4,=12.5英国《金融时报》。

这篇文章是系列文章的一部分:管道流量计算

管道流动计算包括使用雷诺数来确定流动是层流还是湍流。摩擦水头损失可以用达西维斯巴赫方程和摩擦因子来计算。在紊流和层流中,都可以求出完全发展流动的入口长度。

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