气体在流动中的能量损失及解决方法

空气流动时的压力损失是一种能量损失，了解和解决这类问题在除尘工程中具有重要的实际意义。

空气流经过直管段和各种管件时所受到的阻力是不同的，产生的能量损失也不同。为了便于分析和计算，通常将空气传输过程中的能量损失分为摩擦损失p_f和局部损失p_j两种形式。

1.摩擦损失

空气在管段上流动时，由于管壁的摩擦作用以及由此引起的气体内部摩擦形成了管道对气体流动的摩擦阻力。为了克服摩擦阻力而造成的能量损失，叫做“摩擦损失”，摩擦损失又叫“沿程损失”，用p_f表示，其数值大小与流动的路程长短成正比。工程上计算摩擦损失的一般公式为

式中 λ——摩擦阻力系数；

l——管道长度（m）；

d——管道内径（m），对于非圆形管道取当量直径d_e；动压头（Pa）。

如果把上式中气体实际密度和流速换算成标准状态下的密度ρ₀和速度v₀，则得：

式中 β——气体的体积膨胀系数，。

计算摩擦损失首先要确定气体的流动状态是层流还紊流，因为在层流和紊流状态时气体所遇到的摩擦阻力系数是完全不同的，而确定摩擦阻力系数又是计算摩擦损失的关键。

1）层流时，各层气体质点彼此平行流动，在纵向上只有分子热运动，仅靠近管壁的一层气体与管壁接触且速度为零，气流中心和其他部位的气体均不与管壁接触，所以管壁粗糙度对摩擦阻力没有影响，摩擦阻力系数仅与气流速度和气体粘性有关。计算式如下：

2）紊流时，影响λ的因素不仅与雷诺数Re有关，同时还与管壁粗糙度有关。对于Re的不同范围可由摩擦系数曲线图查得，也可采用如下公式计算(www.xing528.com)

光滑的金属管道：A=0.32，n=0.25；内表面粗糙的金属管道：A=0.129，n=0.12；

在一般工业计算时，λ值可近似选取：光滑的金属管道：λ=0.02～0.025；氧气的金属管道：λ=0.035～0.04。

2.局部损失

（1）一般公式 空气经管件、阀门及进出口等局部阻碍物时气流发生变形，如扩张、收缩、拐弯等。为克服局部阻力而产生的能量损失称为局部损失，用p₁表示局部损失的主要原因是管壁的急剧变化使空气管内流速重新分布，在分布过程中流体质点间产生更多的摩擦和碰撞，从而消耗一部分能量。

工程上计算局部损失的一般公式为

式中 ζ——局部阻力系数，其余同上。

ζ值主要取决于局部阻力性质（如局部障碍物的形状、尺寸等）。

（2）局部阻力计算方法 局部阻力计算方法通常有两种方法：一是当量长度法，二是阻力系数法。

1）当量长度法是将各种局部阻力折合成相当于某长度的直管阻力的方法。这种直管长度称为当量长度，用l_D表示，图3-70是一些管件的当量长度。知道了当量长度后就可以用计管阻力的方法计算管局部阻力。

2）阻力系数法是将气体通过某局部障碍而引起的压头损失表示或动压头的ξ倍。如上式所示。由于局部障碍的多样性，局部阻力系数亦相差很多，并要求通过试验或查资料求得。

3）计算局部阻力时可以用一种方法，也可以把两种方法结合起来进行。