流體阻力和能量損失.ppt

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1、流動阻力與能量損失流動阻力的兩種類型hw（pw）——流體粘性引起1.沿程阻力——沿程損失(長度損失、摩擦損失)達西-魏斯巴赫公式λ——沿程阻力系數(shù)2.局部阻力——局部損失ζ——局部阻力系數(shù)3.總能量損失4.用水頭線表示粘性流體的兩種流態(tài)1.雷諾實驗（1883年）（a）層流（b）臨界狀態(tài)（c）紊流下臨界流速vc——臨界流速上臨界流速vc’2.分析雷諾實驗層流紊流ab段層流ef段紊流be段臨界狀態(tài)結論：流態(tài)不同，沿程損失規(guī)律不同3.雷諾數(shù)Rec——臨界雷諾數(shù)（2000左右）Re=vd/υ——雷諾數(shù)（

2、無量綱）ReRec紊流（包括層流向紊流的臨界區(qū)2000~4000）結論：用雷諾數(shù)判斷流態(tài)4.用量綱分析說明雷諾數(shù)的物理意義慣性力與粘性力作用之比——判斷流態(tài)圓管中的層流運動1.沿程損失與切應力的關系列1-1和2-2斷面的能量方程流動為均勻流，慣性力為零，列平衡方程J——單位長度的沿程損失（水力坡度）同理2.斷面流速分布牛頓內(nèi)摩擦定律又積分（a）——旋轉(zhuǎn)拋物面（b）平均速度（c）層流動能修正系數(shù)層流動量修正系數(shù)——測量圓管層流平均速度的方法3.沿程損失系數(shù)又比較注意：v↑→λ↓，

3、但hf∝v↑4.例：應用細管式粘度計測油的粘度，細管d=6mm，l=2m，Q=77cm3/s，水銀壓差計讀值h=30cm，水銀密度ρm=13600kg/m3，油的密度ρ=900kg/m3，求油的運動粘度υ解：設為層流解得運動粘度校核流態(tài)計算成立紊流運動1.紊流的微觀分析渦體的產(chǎn)生2.紊流流動結構圖圓管紊流的沿程損失k——絕對粗糙度k/d——相對粗糙度1.尼古拉茲實驗（1933-1934）（1）實驗曲線人工粗糙（尼古拉茲粗糙）Ⅰ區(qū)（ab線，lgRe<3.3，Re<2000）層流λ=f（Re）Ⅱ區(qū)（

4、bc線，lgRe=3.3~3.6，Re=2000~4000）過渡區(qū)λ=f（Re）Ⅲ區(qū)（cd線，lgRe>3.6，Re>4000）紊流光滑區(qū)λ=f（Re）k/d大的管子在Re較低時離開此線Ⅳ區(qū)（cd、ef之間的曲線族）紊流過渡區(qū)λ=f（Re，k/d）Ⅴ區(qū)（ef右側(cè)水平的直線族）紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）λ=f（k/d）（2）λ變化規(guī)律——層流底層的變化2.紊流沿程損失系數(shù)（1）紊流光滑區(qū)尼古拉茲光滑區(qū)公式經(jīng)驗公式：布拉修斯公式（2）紊流粗糙區(qū)尼古拉茲粗糙區(qū)公式經(jīng)驗公式：希弗林松公式（3）紊流過渡區(qū)a

5、.工業(yè)管道當量粗糙度ke——和工業(yè)管道粗糙區(qū)值相等的同直徑的尼古拉茲粗糙管的粗糙度常用工業(yè)管道的ke管道材料ke(mm)管道材料ke(mm)新氯乙烯管0~0.002鍍鋅鋼管0.15鉛管、銅管、玻璃管0.01新鑄鐵管0.15~0.5鋼管0.046鋼板制風管0.15涂瀝青鑄鐵管0.12混凝土管0.3~3.0b.莫迪圖c.柯列勃洛克公式經(jīng)驗公式：希弗林松公式3.例：給水管長30m，直徑d=75mm，材料為新鑄鐵管，流量Q=7.25L/s，水溫t=10℃，求該管段的沿程水頭損失解：水溫t=10℃時，水的

6、運動粘度υ=1.31×10-6m2/s當量粗糙度ke=0.25mm，ke/d=0.003由Re、ke/d查莫迪圖，得λ=0.028或由公式　　　　　　　　　，得λ=0.028局部阻力及損失的計算1.局部阻力產(chǎn)生的原因阻力流線演示2.幾種常見的局部損失系數(shù)（1）突然擴大列1-1和2-2斷面的能量方程列動量方程由連續(xù)性方程或注意：ζ1→v1；ζ2→v2特例：ζ=1——管道的出口損失系數(shù)（2）突然縮小特例：ζ=0.5——管道的入口損失系數(shù)ζ→v2（3）漸擴管當α≤20°，k=sinαζ——公式、圖表α

7、=5°~8°，ζ最小（4）漸縮管α——收縮角n=A2/A1——收縮面積比ζ→v1（5）彎管二次流→螺旋運動影響長度——50倍管徑減小彎管轉(zhuǎn)角θ、增大R/d或設置導流葉片，減小二次流（6）三通ζ——圖表水力計算時，只考慮支管（阻力大）3.局部阻礙之間的相互干擾兩個局部阻礙之間間距大于3倍管徑，　　　　，且安全4.減阻措施a.物理b.化學：添加少量的減阻劑