流體介質流過管路系統時,由于沿程摩擦産生能量損失,又由于局部阻力(閥門、三通、彎頭、管徑突然擴大與縮小)産生附加的能量損失。
在一個直徑爲DN的導管中,其壓力損失△ρN的計算式如下:

如果液體介質流過簡單的管路,壓力損失值可按實驗確定的系數λ久進行理論計算,見圖1。對于局部阻力,僅僅在簡單的情況下進行理論計算,因爲在大多數情況下,系數ζ是不同的,必須按不同情況通過實驗來確定。實際上,系數ζ表示流體沿程阻力的動能損失。對于兩個不同的結構或兩種不同的工藝條件,除了偶然的情況外,水力阻力是不相等的,系數ζ也是不同的。
如果僅僅涉及到局部阻力,壓力降的計算公式如下:

式中 vN——在局部阻力件之前或之後,按管徑DN計算的流體平均速度,在某些情況下是指特定區的流速。
注意:在大多數情況下,ζ是對圓截面管道講的。

1.局部阻力系數ζk
局部阻力分为閥門阻力和其他局部阻力。这样划分的目的,是便于深入研究通过閥門的介质流动。
(1)導管的流人和流出當容器與導管連接的時候,導管被安裝在容器的出口或入口上,或者把導管的一頭插入罐內引出導管,見圖2和圖3。圖中已給出各種情況下的ζ值。


(2)流通截面的變化不同直徑導管連接時需要連接件。這些連接件使截面積緩慢地或突然地擴大或縮小。下面介紹各種連接件的壓力損失△p和流阻系數ζ的計算關系式。
1)突然擴大。如圖4所示,如果壓力損失主要是由于流通截面Al突然擴大,其計算公式如下:


ζ值也可以查表1。
(D1/D2)2 | 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 |
ζ | 1 | 0.81 | 0.64 | 0.49 | 0.36 | 0.25 | 0.16 | 0.09 | 0.04 | 0.01 |
2)漸擴管。圖5爲介質通過漸擴管的簡圖。壓力損失産生于介質對管壁的摩擦和流線的擴大。△p是幾何尺寸Dl、D2、L和Φ的函數。

ζ可從圖6中查得。這是對中等粗糙度管子的試驗結果。


3)突然收縮。如圖7所示,如果已知介質的收縮截面是A2,在這種情況下,壓力損失的確定與突然擴大時相似。
計算壓力損失△p時,可用式(5),而流阻系數ζ的計算如下:

因爲在大多數情況下,截面A2是不知道的,所以ζ是A2/A1的函數,如圖8所示。它對應于進口處爲銳邊的突然收縮管中流動時的ζ值。

4)漸縮管。如圖9所示的漸縮管,其壓力損失比突然收縮的要小,其壓力損失△p的計算如下:

漸縮管的角度Φ=4°~10°時,ζ值可查表2,它是管子直徑比的函數。

2.通过閥門的流阻系数
閥門可以切断、调节或者分配流过的介质。应对閥門进行下列分析:
1)确定閥門全开时产生的流阻或压力损失。
2)不同開度時的流阻系數或壓力損失(主要是指調節閥)。
D1/D2 | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 2.0 |
ζ | 0.4 | 1.0 | 1.8 | 2.8 | 4.2 | 5.8 | 7.5 | 10 | 12 | 15 |
下面僅討論切斷閥。从经济的观点来看,希望阀的全开时阻力越小越好。因此,閥門的ζ值是一个非常重要的指标,也是分级的依据。
进一步研究閥門的特性,可以得出以下结论:
1)閥門的流阻影响系统性能。因为流阻存在,要求增高起点压力,或是降低用户的使用压力。
2)閥門的流体阻力值是介质参数和閥門结构的函数。
3)在较短的管路系统中,能量的总损失主要是由閥門压降引起的。
4)閥門结构的选择,不能仅考虑閥門起到启闭的作用,还必须使閥門的局部阻力尽可能地小。
通过式(1)可得出閥門压力损失的计算公式:

由上式可以看出,ζNj的量纲为1。它表示介质通过閥門时的能量损失程度。能量损失的原因是多种多样的,如方向的改变、流通面积的扩张或收缩、管壁的摩擦等。
图10示出几种調節閥的简图和介质能量损失的情况。要知道,即使对于一个构造简单的調節閥,要想通过理论计算得出ζNj值也是不可能的。ζNj值要通过试验确定。
下面介绍试验结果,以便为计算閥門的能量损失提供方便有用的数据。

顯然,應研究每種流動狀態(層流、過渡流、湍流)下的ζNj值。但實際上,大多是湍流,故通常僅介紹湍流情況下的ζNj值。在雷諾數Re的函數中,ζNj值是個常數。