無錫伯頓起重電機2018年6月4日訊 基于理想流體，詮釋了“壓頭”——流體內部特有的能量形式。今天，與大家共同了解實際流體，談談流體運動時的損耗計算。
與理想流體相比，實際流體存在著粘滯性，管道對流體也存在各種形式的阻力，因此管道中的流體(如電機中的空氣)流動時不可避免要引起能量的損耗。根據產生部位和原因不同，損耗分摩擦損耗和局部損耗兩類。
在接近管道表面的流體邊界層中，有較大的速度梯度dv/dn，由于粘滯性引起的摩擦力τ=μ·dv/dn較大，摩擦把機械能轉化為熱能向四周散發。
在管道形狀有突變的地方，如管道截面突然擴大或縮小、流道的轉彎等，引起流體間互相碰撞，產生渦流，引起額外的內部摩擦損耗。因渦流的形成也和邊界層中的流體摩擦力有關，故不能將其與摩擦損耗截然分開。
氣體冷卻的電機中，一般管道不長而形狀較為復雜多變，流體能量的損耗主要是局部損耗。
在電機冷卻系統中，流體在運動過程中高度位置基本不變，理想流體運動方程(伯努利方程)為
p+(γ/g)·V2/2=常數……(1)
式(1)中 V——流速(m/s)
p——壓力能(N/m2)
g—— 9.81 (m/s2)
γ——重度(N/s3)
考慮到實際流體運動過程中能量的損耗，式(1)應寫成
p1+(γ/g)·V12/2=p2+(γ/g)·V22/2+Δp……(2)
即當流體從位置1運動到位置2時，由于總能量中一部分變成了損耗，故壓力減少了Δp。
若流體在截面不變的直管內流動，則流體在管道兩端速度V1、V2不變，即V1=V2，式(2)轉化為
p1- p2=Δp……(3)
即流體參位置1(管道始端)運動到位置2(管道末端)時，因與管道摩擦引起壓力損耗Δp，所損耗的壓力為流體的部分靜壓力。
無論層流或紊流的情況下，對于圓形管道，摩損所引起的壓力降落Δp可表達為
Δp=λ·l/d·γ/g·V2/2= ζ·γ/g·V2/2……(4)
式(4)中
ζ=λ·l/d為摩擦損耗系數
λ—— 摩擦系數
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)誤認為摩擦損耗與流速的平方成正比，因式中摩擦系數λ非常數，它也是速度的函數。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；達到完全紊流后，λ與速度無關，只和管壁的光滑程度有關。在電機中，由于有旋轉的部件，可認為其中的空氣或其他流體總是處在紊流狀態中，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)轉化為
d=2ab/(a+b)……(6)
式(6)中 a、b為矩形二邊的尺寸。
電機冷卻系統內，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，在幾何相似的管道中，ζ是常數。實驗證明：局部損耗Δp確與V2成正比，且也表現為流體靜壓力的減小。
常見幾種情況局部損耗系數計算方法：
●管道截面突然擴大
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應用S2管道中的速度代入。
●出口和入口
出口是截面擴大的特例，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構情況而不同，分為三類：
-
有凸緣入口，ζ=0.7～1。
-
無凸緣的直角入口，ζ=0.5。
-
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。在電機中，由于氣流方向的改變引起的局部損耗可用下式計算：
Δp= ξαV2……(10)
式(10)中V——管道中空氣的速度
ξα——當轉角為α時，空氣的動阻力系數。
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