流體在管道中流動的阻力分為直管阻力和局部阻力兩種。直管阻力是流體流過一定口徑的直管時，由于流體的內摩擦力而產生的阻力。局部阻力是流體流經管道內管件、閥門及斷面突然膨脹和收縮時產生的阻力?？傋枇Φ扔谥惫茏枇εc局部阻力之和。
01 直管阻力
1. 范寧公式
直管阻力又稱沿線阻力，直管阻力通常采用范寧公式計算，其表達式為：
式中：hf為直管阻力，J/kg；λ為摩擦系數，又稱摩擦因數，無量綱；l為管道長度，m；d為直管內徑，m；u為管道內流體的流速，m/s。
范寧公式中的摩擦系數是確定直管阻力損失的重要參數，范寧公式既適用于層流，也適用于湍流，只是兩種情況下的摩擦系數λ不同。
λ值與反映流體湍流程度的Re、反映管內壁粗糙度的ε有關。流體在管內流動時產生的阻力以壓力變化的形式表現出來，可用下式計算：
2.管壁粗糙度
工業生產中使用的管道，根據其材質性質和加工條件，大致可分為光管和毛管。通常將玻璃管、銅管、鉛管、塑料管等歸為光管，將鋼管、鑄鐵管等歸為毛管。其實，即使是同一材質的管道，由于使用時間長短、腐蝕結垢程度不同，管壁的粗糙度也會有很大的變化。
1）絕對粗糙度絕對粗糙度是管壁凸出部分的平均高度，用ε表示。管壁粗糙度對流體流動的影響如下圖所示。下表列出了部分工業管道的絕對粗糙度值。
管壁粗糙度對流體流動的影響
工業管道的絕對粗糙度值
2）相對粗糙度相對粗糙度是指絕對粗糙度與管徑的比值，即ε/d。管壁粗糙度對流阻或摩擦系數的影響，主要是因為流體在管道內流動時，流體質點與管壁凸出部分碰撞，造成流體能量損失增大，影響程度與管徑大小有關，因此在摩擦系數圖中常用相對粗糙度ε/d代替絕對粗糙度ε。
3.摩擦系數
1) 層流中的摩擦系數
當流體以層流流動時，流體層平行于管軸線流動，層流層覆蓋在管壁粗糙的表面上，同時流體的流速相對較慢，對管壁凸起部分沒有碰撞作用，因此，層流中的流動阻力或摩擦系數與管壁粗糙度無關，只與Re有關。
將上式代入范寧公式，可得：
上式為哈根-伯吉爾方程，是流體在圓形直管內層流流動時所受阻力的計算公式。
2）湍流中的摩擦系數
為了計算方便，通常將摩擦系數λ與Re、ε/d的關系曲線畫在雙對數坐標上，如下圖所示，此圖稱為Moody圖，這樣，根據Re、ε/d值，就可輕易地從圖中找出各種情況下的λ值。
摩擦系數λ、雷諾數Re與相對粗糙度ε/d的關系
根據雷諾數，圖中可以區分出四個不同的區域：
①層流面積。當Re時，λ與Re呈直線關系，與相對粗糙度無關。此時∑hf∝u，即∑hf與u的一次方成正比。
②過渡區。2000年以后，管內流型受外界條件影響發生變化，λ也隨之波動。工程上一般按湍流處理，λ可由相應的湍流曲線延伸而來。
③湍流區。當re>4000時，圖中虛線下方區域，λ與Re和ε/d均有關。當ε/d一定時，λ隨Re的增加而減小，當Re增大到一定值后，λ減小緩慢；當Re一定時，λ隨ε/d的增加而增大。
④完全湍流區。即圖中虛線上方的區域，λ與Re值無關，只取決于ε/d。λ-Re曲線幾乎是一條水平線。當管子的ε/d一定時，λ為常數。在此區域壓力公式s等于什么，阻力損失與u2成正比，所以又稱平方阻力區。從圖中可以看出，ε/d值越大，到達平方阻力區的Re值越低。對于湍流中的摩擦系數λ，除了用圖來檢查外，還可以用一些經驗公式來計算。下面是適用于光滑管的公式：
其適用范圍為Re=5×103～105。λ、Re、ε/d的關系如下表所示。
02 當地抵抗
局部阻力是流體流經管件、閥門、流量計以及管道內截面突然膨脹和收縮等局部區域時產生的阻力。
1. 等效長度法
等效長度法是將流體通過局部障礙物時的局部阻力計算轉化為直管阻力損失計算方法的一種方法。將流體流動的局部阻力折算為管徑與長度le相同的直管所產生的阻力，即：
式（1-27）中，le稱為管道或閥門的等效長度。
當局部流通截面發生變化時，u應采用較小截面處的流體速度。le的數值由實驗確定。在湍流情況下，某些管件、閥門的等效長度也可由下圖或下表查得。
2.阻力系數法 阻力系數法是把局部阻力表示為動能的一定倍數。
式中ζ稱為局部阻力系數，一般由實驗確定。注意計算突脹突縮局部阻力時，u為小管內較大的速度。常用局部阻力系數見下表。
管件、閥門局部阻力系數ζ及等效長度與管徑比
入口阻力系數ζinlet=0.5，出口阻力系數ζ=1。
03 管道內流體總阻力
1)等效長度法當采用等效長度法計算局部阻力時，總阻力∑hf按下式計算：
式中∑le為管道所有管件及閥門的等效長度之和，m。
2)阻力系數法當采用阻力系數法計算局部阻力時，總阻力計算公式為：
總阻力除以能量形式表示外壓力公式s等于什么，還可以用水頭損失Hf(1N流體的流動阻力，m)和壓力降Δpf(1m3流體流動的流動阻力，m)來表示，它們之間的關系為：
04 計算示例
分別計算以下兩種情況下流體流經φ76mm×3mm、長10m的水平鋼管時的能量損失、水頭損失和壓力損失。
1）前餾分密度為910kg/m3、粘度為72cP、流速為1.1m/s；
2) 20°C的水，流速2.2米/秒。
解答： (1) 前分數：
因此流動為層流，摩擦系數可由上圖“摩擦系數λ與雷諾數Re、相對粗糙度ε/d的關系”得出，或利用下式計算：
能量損失：
水頭損失：
（2）20℃時水的物理性質：ρ=998.2kg/m3，μ=1.005×10-3Pa·s
流動是湍流。要計算摩擦系數，我們需要知道相對粗糙度ε/d。查看上表“工業管道絕對粗糙度值”。如果鋼管的絕對粗糙度ε為0.2毫米，則：
根據Re=1.53×105、ε/d=0.00286，查上圖“摩擦系數λ與雷諾數Re、相對粗糙度ε/d的關系”可知λ=0.027，因此能量損失為：
水頭損失：
壓力損失：
免責聲明：公眾號偶爾轉載的文章僅供非商業教育科研參考討論，不代表支持其觀點或證實其內容真實性。版權歸原作者所有。如轉載文章涉及版權等問題，請立即聯系我們刪除。
網站平臺：
塑料成型過程（附動畫）
機械加工中的9大誤差，你知道多少？
金屬材料力學性能及熱處理工藝
各種材料失效分析方法匯總，值得收藏！
這12種防止螺栓松動的方法，有些你可能不知道
粗螺紋or細螺紋，如何選擇？
常見表面處理技術知識，請保留以備研發
機械零件設計中如何考慮結構工藝性
最全面的金屬材料失效分析
各種金屬材料成型工藝