FLOWMASTER圆管流动阻力计算演示
本案例介绍一下FLOWMASTER如何计算圆管的流动阻力，管道是水力系统的基本单元之一，了解其计算方法对于将来的复杂管网的水力计算是有帮助的。本案例计算的是圆形管道，内容非常基础，对于熟悉软件操作的人，本案例可以忽略了，对于其他的管道，读者可以自行查阅帮助文档，举一反三。 对于工艺管道，FLOWMASTER建议使用colebrook-white模型求解湍流阻力，不过软件用的是改进后的colebrook-white公式，不需要迭代。另外，对于层流和湍流之间的过渡区，软件用了一个插值方法，这样所有流形的阻力系数都可以用公式求解。详细的计算模型如下图，其中，当流态处于过渡区时，ft为所求雷诺数下湍流公式的值，fl为所求雷诺数下层流公式的值。看过之前推荐的《internal flow systems》的话，可以发现对于层流和湍流之间的过渡区域，Miller并没有提出这个插值的方法。 建立一根长1m，内径20mm，壁面等值粗糙度0.012mm的圆形钢管，内部介质为水，密度998.2kg/m3，动力粘度0.001Pa·s。首先，根据以上的分段函数用EXCEL编一个计算表，便于手动计算管道阻力。 分别设置管道介质的流速为0.08m/s、0.15m/s、和1m/s，对应的雷诺数分别为1597.1、2994.6和19964，此时介质的流态分在三个区域，计算的摩擦系数分别为0.04、0.0332和0.0273。 接下来，用FLOWMASTER计算一下。建立如下的管道模型，由于FLOWMASTER没有速度边界，只有流量边界，因此流量（体积或者质量）值需要根据上面的速度值换算而来，这里我们采用体积流量。另外，为了严格对应我们假定的水的物性，可以建立一个用户自定义材料，这样可以避免物性温度插值计算带来的误差（FLOWMSTER有强大的物性数据，可以根据物性-温度关系曲线自动插值计算）。 注意选择阻力模型为colebrook-white，输入绝对粗糙度值。以上三个流速对应的体积流量分别为2.51327E-05m3/s、4.71239E-05m3/s和0.000314159 m3/s，计算的压力损失系数分别为2.01499、1.71357和1.38083，软件计算的是λ(L/d)，因此需要除以(L/d)才得到摩擦系数λ，对应的值分别为0.0403、0.0343和0.0276，也就是上述三个公式的计算值（有一定的误差）。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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