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研究流体运动的关键参数——流动阻力或风阻

发布日期:2021-07-06 08:05

通过压头和流体损失计算两个专题,与Ms初步探讨了流体运动的机理,本期Ms再次回到流体运动研究的主题,分析计算流阻或风阻,用风阻连接图代替实际管道,简化了电机风路的计算。

管道流阻或风阻

两个专项研究项目表明,当:流体通过管道时,无论是摩擦损失还是局部损失,相应的压降都可以表示为流体的动压

p=/gV2/2……(1)

公式(1)中——的局部损失系数

伽马——严重(北/s3)

g—— 9.81 (m/s2)

V——流速(m/s)

设s为管道的截面积,q为流量,公式(1)可写成

p=/gV2/2=/2gS2(SV)2=/2gS22=Z2

即 p=Z2……(2)

公式(2)中的Z=/2gS2称为管道的流动阻力;如果流体是气体,就叫风阻;对应不同类别的损失称为摩擦阻力、增大的风阻、减小的风阻、转向风阻、进口风阻和出口风阻。

流阻或风阻的串联和并联

当气体通过管道时,通常会产生一种以上的损耗,即通过几个风阻,它们可以串联、并联或串并联。在计算和研究通风问题时,通常用风阻连接图代替实际管道,称为风路图。

串联风路

图1所示的管道可以用风路图2代替,其中Z1为进口风阻,Z2为膨胀风阻,Z3为转向风阻,Z4为减少风阻,Z5为出口风阻。

如果管道较长,还需要考虑与管壁的摩擦力,即摩擦风阻Z6(图中未显示)。

通过图2中所示的每个风阻的流速是相同的,也就是说,这些风阻在风道中串联连接。

根据(2),,公式,因为气体流过整个管道或风道所需的所有压力等于每个部分的压力损失之和,因此,

ZdQ2=Z1Q2Z2Q2Z3Q2Z4Q2Z5Q2

ZD=Z1 Z2 Z3 Z4 Z5……(3)

当通过N个风阻时,

Zd=Z1 Z2 Z3 ……锌=锌……(4)

因此,当风路串联时,合成风阻为各部分风阻之和。

串并联风路

图3示出了串并行流水线。

图4是风路图。

第一分支的压降

p=ZQ2……(5)

在公式(5)中,Z1=Z2Z3

支管中的压降

p=ZQ2……(6)

式(6)中z=Z4 z5 z6

因为分支一和二有共同的入口和出口,所以两个分支的压降相等,即

p=p=p=ZdQ2……(7)

ZD=p/Q2=ZQ2/(QQ)2=Z/(1 Q/Q)2

=Z/(1Z/Z)2=1/(1Z1/Z)2

如果n个风阻并联,等效风阻为

ZD=1/(1/Zn)2……(8)

因此,图4中的风路径的合成风阻是Z=Z1 Zd Z7 Z8。

综合计算

设电机内流体带走的损耗为p(单位:kW),根据能量守恒关系所需的冷却介质总流量为

q=p/(caa)(m3/s)……(9)

在公式(9)中,对于空气,Ca——冷却介质的比热(j/m)为1100 j/m

a——冷却介质通过电机后的温升(),一般为15 ~ 20

在上面的讨论中,管道或风路被简化为流阻或风阻的网络图,合成的流阻或风阻Z以类似回路图的形式通过串并联求解得到,因此维持流量Q所需的补充流体压力(从入口到出口的压降)为

p=ZQ2 .……(10)

由此可见,研究流体力学的核心

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