管道局部损失系数

概述

管道系统中的局部（动）压力损失源于管件、阀门、弯头、入口和出口。每个组件都由损失系数$\xi$（也写作 $K$）表征，它乘以动压头：

$\Delta p_{\text{minor}} = \xi \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

当一段管道中存在多个管件时，它们的 $\xi$ 值线性相加得到总局部损失。在短管道或管件较多的系统中，局部损失相对于摩擦损失变得显著。

关键公式

通过组件的压力损失：

$\Delta p = \xi \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

等效压头损失：

$h_{\text{loss}} = \frac{\Delta p}{\rho \, g}$

串联管件的总局部损失：

$\Delta p_{\text{total}} = \left(\sum_i \xi_i\right) \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

变量

参考数据

完整的来源系数表在下方还原，包含全部 27 行管件数据。请使用此处的计算器配合该表中的任何系数。

示例 — 球阀压力损失

对于关闭三分之一（1/3）的球阀，还原的来源表给出的局部损失系数约为 5.5。对于 1000 kg/m3 的水以 2 m/s 流动：

$\Delta p = 5.5 \frac{1000 \cdot 2^2}{2} = 11000 \text{ Pa} \approx 11 \text{ kPa}$

等效压头损失为：

$h = \frac{11000}{1000 \cdot 9.81} \approx 1.12 \text{ m H2O}$

单位换算器

还原的原始源表

以下表格还原自原始来源页面，以保留完整的参考数据。来源系数表有 28 个非空 HTML 行：1 个表头行加 27 个管件行。下方的 DataTable 将所有 27 个管件行保留为数据行，并将表头标签保留为列元数据。

管道系统管件 — 局部（动）损失系数

工程要点

• 损失系数假定充分发展的湍流。在非常低的雷诺数下，实际损失可能不同。
• 数值与方向有关 — 通过三通的支流系数明显高于直流。
• 阀门损失系数随开启位置变化很大。关闭 1/3 的球阀 $\xi \approx 5.5$，远高于其全开值。
• 将局部损失与管道摩擦（达西-魏斯巴赫）结合时，将两者都表示为等效长度或相同速度下的压降。
• 法兰管件通常比螺纹等效管件产生更低的损失，因为内孔更光滑、更平缓。
• 对于突然扩大和收缩，损失系数取决于面积比 $A_1/A_2$；上面的值（尖锐入口 $\xi \approx 0.5$）是一个常见的特例。
• 当管件间距足够远、流动轮廓在其间恢复（通常 $>10$ 倍直径）时，局部损失是可加的。

参考资料

• Engineering ToolBox — 管道中的局部损失系数