后一期，基于理想流體，MS參數(shù)解釋了“壓頭”——流體內(nèi)部獨(dú)特的能量形式。今天，女士參與一起了解實(shí)際流體，談一談流體運(yùn)動時的損失計(jì)算。

與理想流體相比，實(shí)際流體及其運(yùn)動方程具有粘性，管道對流體也具有各種形式的阻力，因此管道中的流體(如電機(jī)中的空氣)在流動時必然會造成能量損失。根據(jù)不同部位和原因，損失分為摩擦損失和局部損失兩種。

摩擦損耗,管道表面附近的流體邊界層中存在較大的速度梯度DV/DN，粘度引起的摩擦力= DV/DN較大，摩擦把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能向四周散發(fā).

局部損耗管道形狀發(fā)生突變的地方，如管道橫截面突然膨脹或收縮、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動等。流體相互碰撞，導(dǎo)致渦流和額外的內(nèi)耗損失。由于渦流的形成也與邊界層中的流體摩擦有關(guān)，因此不能完全脫離摩擦損失。

氣體冷卻的電機(jī)中，一般管道不長而形狀較為復(fù)雜多變，流體能量的損耗主要是局部損耗。

在實(shí)際流體穩(wěn)態(tài)運(yùn)動方程,的電機(jī)冷卻系統(tǒng)中，流體的高度位置在運(yùn)動過程中基本不變，理想的流體運(yùn)動方程(伯努利方程)如下

p+(/g)V2/2=常數(shù)……(1)

在公式(1)中，V——流量(米/秒)

P——壓力能(牛頓/平方米)

g—— 9.81 (m/s2)

伽馬——重度(北/s3)

考慮到實(shí)際流體運(yùn)動過程中的能量損失，(1)應(yīng)寫成

p1+(/g)V12/2=p2+(/g)V22/2+p……(2)

也就是說，當(dāng)流體從位置1移動到位置2時，壓力降低了p。，因?yàn)榭偰芰康囊徊糠肿兂闪藫p失。

摩擦損失引起的壓降如果流體在一根橫截面不變的直管中流動，流體在管兩端的速度，V1、V2,是不變的，即V1=V2，公式(2)轉(zhuǎn)化為

p1- p2=p……(3)

也就是說，當(dāng)流體從位置1(管道的起點(diǎn))移動到位置2(管道的終點(diǎn))時，由與管道的摩擦引起的壓力損失p是流體的部分靜壓。

不管層流還是湍流，對于圓管，摩擦引起的壓降p可以表示為

p=l/d/gV2/2= /gV2/2……(4)

在公式(4)中

=

λ—— 摩擦系數(shù)

l—— 管道長度

d—— 管道直徑或其等效直徑

Δp以流體的動壓力的形式表示，但不能因此按式(4)誤認(rèn)為摩擦損耗與流速的平方成正比，因式中摩擦系數(shù)λ非常數(shù)，它也是速度的函數(shù)。在層流及紊流的初期，λ隨速度的增高而減小，并和管壁的光滑程度有關(guān)；達(dá)到完全紊流后，λ與速度無關(guān)，只和管壁的光滑程度有關(guān)。在電機(jī)中，由于有旋轉(zhuǎn)的部件，可認(rèn)為其中的空氣或其他流體總是處在紊流狀態(tài)中，此時

λ=0.02～0.065，管壁光滑的金屬管道取下限，粗糙管道如由疊片形成的管道取下限。

當(dāng)管道截面為矩形等非圓形管道時，按圓形管道中直徑等于截面積與周長之比的概念計(jì)算，即

d=4S/L……(5)

式(5)中 d —— 管道等效直徑

S —— 管道截面積

L —— 管道周長

截面為矩形時，式(5)轉(zhuǎn)化為

d=2ab/(a+b)……(6)

式(6)中 a、b為矩形二邊的尺寸。

局部損耗引起的壓力降

電機(jī)冷卻系統(tǒng)內(nèi)，局部損耗占很大的比重。與摩擦損耗類似，局部損耗也以流體的動壓力為基值表示：

Δp= ζ·γ/g·V2/2……(7)

這里ζ為局部損耗系數(shù)，在幾何相似的管道中，ζ是常數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明：局部損耗Δp確與V2成正比，且也表現(xiàn)為流體靜壓力的減小。

常見幾種情況局部損耗系數(shù)計(jì)算方法：

●管道截面突然擴(kuò)大

ζ=(1-S1/S2)2……(8)

S1、S2為截面突變處兩邊的管道截面積，S1<S2。公式中的ζ是對小截面處的流速而言，即式(7)中的V應(yīng)用S1管道中的速度代入。

●管道截面突然縮小

ζ≈(1-S2/S1)/2……(9)

S1、S2為截面突變處兩邊的管道截面積，S2<S1。公式中的ζ也是對小截面處的流速而言，即式(7)中的V應(yīng)用S2管道中的速度代入。

●出口和入口

出口是截面擴(kuò)大的特例，這時式(8)中S2=∞，所以ζ=1，表示出口處流體將帶走它包含的全部動能。為減少出口損耗，可采用擴(kuò)散器以減小出口處流體的流速。

入口處的局部損耗隨入口的結(jié)構(gòu)情況而不同，分為三類：

1. 有凸緣入口，ζ=0.7～1。

2. 無凸緣的直角入口，ζ=0.5。

3. 帶圓角的入口，ζ=0.2～0。

● 管道改變方向

管道的方向改變時，在彎曲處所引起的局部損耗取決于彎曲的角度、管道的形狀及尺寸等因素。在電機(jī)中，由于氣流方向的改變引起的局部損耗可用下式計(jì)算：

Δp= ξαV2……(10)

式(10)中V——管道中空氣的速度

ξα——當(dāng)轉(zhuǎn)角為α時，空氣的動阻力系數(shù)。

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