沿程阻力簡便計算

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1、實用標準文案第六章流動阻力和水頭損失學(xué)習要點：熟練地掌握水頭損失的分類和計算、層流與紊流的判別及其流速分布規(guī)律；掌握流動阻力的分區(qū)劃分、各個分區(qū)內(nèi)沿程水頭損失系數(shù)的影響因素，了解紊流脈動現(xiàn)象及其切應(yīng)力的特征、人工加糙管道與工業(yè)管道實驗結(jié)果的異同、沿程水頭損失系數(shù)計算的經(jīng)驗公式、幾種特殊的管路附件的局部水頭損失系數(shù)等。實際流體具有粘性，在通道內(nèi)流動時，流體內(nèi)部流層之間存在相對運動和流動阻力。流動阻力做功，使流體的一部分機械能不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)，從流體具有的機械能來看是一種損失。總流單位重量流體的平均機械能損失稱為水頭損失，只有解決了

2、水頭損失的計算問題，第四章得到的伯努利方程式才能真正用于解決實際工程問題。第一節(jié)水頭損失及其分類流動阻力和水頭損失的規(guī)律，因流體的流動狀態(tài)和流動的邊界條件而異，故應(yīng)對流動阻力的水頭損失進行分類研究。一、水頭損失分類流體在流動的過程中，在流動的方向、壁面的粗糙程度、過流斷面的形狀和尺寸均不變的均勻流段上產(chǎn)生的流動阻力稱之為沿程阻力，或稱為摩擦阻力。沿程阻力的影響造成流體流動過程中能量的損失或水頭損失（習慣上用單位重量流體的損失表示）。沿程阻力均勻地分布在整個均勻流段上，與管段的長度成正比，一般用表示。圖6—1水頭損失另一類阻力是發(fā)生在流動

3、邊界有急變的流場中，能量的損失主要集中在該流場及附近流場，這種集中發(fā)生的能量損失或阻力稱為局部阻力或局部損失，由局部阻力造成的水頭損失稱為局部水頭損失。通常在管道的進出口、變截面管道、管道的連接處等部位，都會發(fā)生局部水頭損失，一般用表示。如圖6—1所示的管道流動，其中，ab，bc和cd各段只有沿程阻力，、、是各段的沿程水頭損失，管道入口、管截面突變及閥門處產(chǎn)生的局部水頭損失，、、和是各處的局部水頭損失。整個管道的水頭損失等于各段的沿程損失和各處的局部損失的總和。二、水頭損失的計算公式1.沿程阻力損失精彩文檔實用標準文案（6—1）對于圓管

4、：（6—2）式中：——管長；——水力半徑；——管徑；——斷面平均流速；——重力加速度；——沿程阻力系數(shù)，也稱達西系數(shù)。一般由實驗確定。上式是達西于1857年根據(jù)前人的觀測資料和實踐經(jīng)驗而總結(jié)歸納出來的一個通用公式。這個公式對于計算各種流態(tài)下的管道沿程損失都適用。式中的無量綱系數(shù)不是一個常數(shù)，它與流體的性質(zhì)、管道的粗糙程度以及流速和流態(tài)有關(guān)，公式的特點是把求阻力損失問題轉(zhuǎn)化為求無量綱阻力系數(shù)問題，比較方便通用。同時，公式中把沿程損失表達為流速水頭的倍數(shù)形式是恰當?shù)?。因為在大多?shù)工程問題中，確實與成正比。此外，這樣做可以把阻力損失和流速水頭

5、合并在一起，便于計算。經(jīng)過一個多世紀以來的理論研究和實踐檢驗都證明，達西公式在結(jié)構(gòu)上是合理的，使用上是方便的。2.局部水頭損失局部水頭損失以表示，它是流體在某些局部地方，由于管徑的改變(突擴、突縮、漸擴、漸縮等)，以及方向的改變(彎管)，或者由于裝置了某些配件(閥門、量水表等)而產(chǎn)生的額外的能量損失。局部阻力損失的原因在于，經(jīng)過上述局部位置之后，斷面流速分布將發(fā)生急劇變化，并且流體要生成大量的旋渦。由于實際流體粘性的作用，這些旋渦中的部分能量會不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏萆⒃诹黧w中，從而使流體的總機械能減少。圖6—1表明，在管道入口、管徑收縮和

6、閥門等處，都存在局部阻力損失。（6—3）式中：——局部阻力系數(shù)，一般由實驗確定。整個管道的阻力損失，應(yīng)該等于各管段的沿程損失和所有局部損失的總和。上述公式是長期工程實踐的經(jīng)驗總結(jié)，其核心問題是各種流動條件下沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的計算。這兩個系數(shù)并不是常數(shù)，不同的水流、不同的邊界及其變化對其都有影響。第二節(jié)粘性流體流動流態(tài)早在19世紀30年代，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了沿程水頭損失和流速有一定關(guān)系。在流速很小時，水頭損失和流速的一次方成比例。在流速較大時，水頭損失幾乎和流速的平方成比例。直到1880～1883年，英國物理學(xué)家雷諾經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)，

7、水頭損失規(guī)律之所以不同，是因為粘性流體存在著兩種不同的流態(tài)。精彩文檔實用標準文案一、粘性流體流動流態(tài)人們在長期的工作實踐中，發(fā)現(xiàn)管道的沿程阻力與管道的流動速度之間的對應(yīng)關(guān)系有其特殊性。當流速較小時，沿程損失與流速一次方成正比，當流速較大時，沿程損失幾乎與流速的平方成正比，如圖6—2所示，并且在這兩個區(qū)域之間有一個不穩(wěn)定區(qū)域。這一現(xiàn)象，促使英國物理學(xué)家雷諾于1883年在類似于圖6—3所示的裝置上進行實驗。圖6—2流速與沿程損失的關(guān)系試驗過程中，水積A內(nèi)水位保持不變，使流動處于定流狀態(tài)；閥門B用于調(diào)節(jié)流量，以改變平直玻璃管中的流速；容器C內(nèi)

8、盛有容重與水相近的顏色水，經(jīng)細管E流入平直玻璃管F中；閥門D用于控制顏色水的流量。當閥門B慢慢打開，并打開顏色水閥門D，此時管中的水流流速較小，可以看到玻璃管中一條線狀的顏色水。它與水流不相混合，如圖6—3