流體介質(zhì)流過管路系統(tǒng)時(shí)，由于沿程摩擦產(chǎn)生能量損失，又由于局部阻力(閥門、三通、彎頭、管徑突然擴(kuò)大與縮小)產(chǎn)生附加的能量損失。
在一個(gè)直徑為DN的導(dǎo)管中，其壓力損失△ρN的計(jì)算式如下：
如果液體介質(zhì)流過簡(jiǎn)單的管路，壓力損失值可按實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)λ久進(jìn)行理論計(jì)算，見圖1。對(duì)于局部阻力，僅僅在簡(jiǎn)單的情況下進(jìn)行理論計(jì)算，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，系數(shù)ζ是不同的，必須按不同情況通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。實(shí)際上，系數(shù)ζ表示流體沿程阻力的動(dòng)能損失。對(duì)于兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)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(shù)ζ也是不同的。
如果僅僅涉及到局部阻力，壓力降的計(jì)算公式如下：
式中 vN——在局部阻力件之前或之后，按管徑DN計(jì)算的流體平均速度，在某些情況下是指特定區(qū)的流速。
注意：在大多數(shù)情況下，ζ是對(duì)圓截面管道講的。
1．局部阻力系數(shù)ζk
局部阻力分為閥門阻力和其他局部阻力。這樣劃分的目的，是便于深入研究通過閥門的介質(zhì)流動(dòng)。
(1)導(dǎo)管的流人和流出當(dāng)容器與導(dǎo)管連接的時(shí)候，導(dǎo)管被安裝在容器的出口或入口上，或者把導(dǎo)管的一頭插入罐內(nèi)引出導(dǎo)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(dǎo)管連接時(shí)需要連接件。這些連接件使截面積緩慢地或突然地?cái)U(kuò)大或縮小。下面介紹各種連接件的壓力損失△p和流阻系數(shù)ζ的計(jì)算關(guān)系式。
1)突然擴(kuò)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(kuò)大，其計(jì)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(kuò)管。圖5為介質(zhì)通過漸擴(kuò)管的簡(jiǎn)圖。壓力損失產(chǎn)生于介質(zhì)對(duì)管壁的摩擦和流線的擴(kuò)大。△p是幾何尺寸Dl、D2、L和Φ的函數(shù)。
ζ可從圖6中查得。這是對(duì)中等粗糙度管子的試驗(yàn)結(jié)果。
3)突然收縮。如圖7所示，如果已知介質(zhì)的收縮截面是A2，在這種情況下，壓力損失的確定與突然擴(kuò)大時(shí)相似。
計(jì)算壓力損失△p時(shí)，可用式(5)，而流阻系數(shù)ζ的計(jì)算如下:
因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，截面A2是不知道的，所以ζ是A2／A1的函數(shù)，如圖8所示。它對(duì)應(yīng)于進(jìn)口處為銳邊的突然收縮管中流動(dòng)時(shí)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(jì)算如下：
漸縮管的角度Φ=4°～10°時(shí)，ζ值可查表2，它是管子直徑比的函數(shù)。
2．通過閥門的流阻系數(shù)
閥門可以切斷、調(diào)節(jié)或者分配流過的介質(zhì)。應(yīng)對(duì)閥門進(jìn)行下列分析：
1)確定閥門全開時(shí)產(chǎn)生的流阻或壓力損失。
2)不同開度時(shí)的流阻系數(shù)或壓力損失(主要是指調(diào)節(jié)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。從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，希望閥的全開時(shí)阻力越小越好。因此，閥門的ζ值是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，也是分級(jí)的依據(jù)。
進(jìn)一步研究閥門的特性，可以得出以下結(jié)論：
1)閥門的流阻影響系統(tǒng)性能。因?yàn)榱髯璐嬖冢笤龈咂瘘c(diǎn)壓力，或是降低用戶的使用壓力。
2)閥門的流體阻力值是介質(zhì)參數(shù)和閥門結(jié)構(gòu)的函數(shù)。
3)在較短的管路系統(tǒng)中，能量的總損失主要是由閥門壓降引起的。
4)閥門結(jié)構(gòu)的選擇，不能僅考慮閥門起到啟閉的作用，還必須使閥門的局部阻力盡可能地小。
通過式(1)可得出閥門壓力損失的計(jì)算公式：
由上式可以看出，ζNj的量綱為1。它表示介質(zhì)通過閥門時(shí)的能量損失程度。能量損失的原因是多種多樣的，如方向的改變、流通面積的擴(kuò)張或收縮、管壁的摩擦等。
圖10示出幾種調(diào)節(jié)閥的簡(jiǎn)圖和介質(zhì)能量損失的情況。要知道，即使對(duì)于一個(gè)構(gòu)造簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)閥，要想通過理論計(jì)算得出ζNj值也是不可能的。ζNj值要通過試驗(yàn)確定。
下面介紹試驗(yàn)結(jié)果，以便為計(jì)算閥門的能量損失提供方便有用的數(shù)據(jù)。
顯然，應(yīng)研究每種流動(dòng)狀態(tài)(層流、過渡流、湍流)下的ζNj值。但實(shí)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(shù)Re的函數(shù)中，ζNj值是個(gè)常數(shù)。
