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*同济大学航空航天与力学学院 * 第六节 紊流的沿程水头损失 速度分布 1、紊流光滑区 粘性底层内 紊流核心区 边界条件: 第六节 紊流的沿程水头损失 或 由尼古拉兹实验数据整理得: 第六节 紊流的沿程水头损失 整理得到 适合紊流光滑区 2、紊流粗糙区 整个断面按照紊流核心区处理 边界条件: 紊流核心区 第六节 紊流的沿程水头损失 或 由尼古拉兹实验数据整理得: 整理得到 适合紊流粗糙区 第六节 紊流的沿程水头损失 第六节 紊流的沿程水头损失 紊流速度分布的指数公式 ——管轴处最大速度; ——圆管的半径; ——指数,随雷诺数Re而变化; 第六节 紊流的沿程水头损失 的半经验公式 1、紊流光滑区沿程摩阻系数 断面平均速度 尼古拉兹光滑管公式 第六节 紊流的沿程水头损失 2、紊流粗糙区沿程摩阻系数 尼古拉兹粗糙管公式 时两式同时满足 第六节 紊流的沿程水头损失 阻力区的判别 不同的阻力区是由粘性底层的厚度 和壁面粗糙突起的高度 的相互关系决定的。 粘性底层 紊流光滑区 第六节 紊流的沿程水头损失 粗糙雷诺数 A:尼古拉兹实验曲线 B:2英寸镀锌钢管 C:5英寸新焊接钢管 在阻力光滑区,工业管道阻力系数的计算可采用尼古拉兹实验结果,其原因为两者的粗糙高度均被粘性底层掩盖,对紊流核心无影响。 第六节 紊流的沿程水头损失 粗糙区,工业管道与尼古拉兹曲线均与横坐标平行 当量糙粒高度:和工业管道粗糙区 值相等的同直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度 。 反映粗糙中各种因素对沿程损失的综合影响 第六节 紊流的沿程水头损失 通过工业管道紊流粗糙区实测的 值,代入该式,反算出 第六节 紊流的沿程水头损失 2.紊流沿程损失系数 (1)紊流光滑区 尼古拉兹光滑区公式 经验公式:布拉修斯公式 或 该式仅适用于Re105 第六节 紊流的沿程水头损失 (2)紊流粗糙区 尼古拉兹粗糙区公式 经验公式:希弗林松公式 或 第六节 紊流的沿程水头损失 紊流过渡区和柯列勃洛克公式 (1)过渡区 的比较 (2) 柯列勃洛克公式 紊流综合公式 第六节 紊流的沿程水头损失 第六节 紊流的沿程水头损失 谢才公式和谢才系数 达西—威斯巴赫公式 另外 ——断面平均流速; ——水力半径 ——水力坡度 ——谢才系数 谢才公式,适用于有压或无压均匀流的各阻力区 第六节 紊流的沿程水头损失 谢才公式中 曼宁经验公式 ——粗糙系数;综合反映壁面对水流的阻滞作用 ——水力半径。 曼宁公式中,C只与n、R有关,与Re无关,用曼宁公式计算的C值,谢才公式在理论上仅适用于紊流粗糙区。 C的单位 第六节 紊流的沿程水头损失 第六节 紊流的沿程水头损失 穆迪图:根据柯列勃洛克公式画出 非圆管的沿程水头损失 将非圆管折合成圆管来计算 水力半径 第六节 紊流的沿程水头损失 当量直径de 矩形断面的当量直径 适用范围: (1)紊流;(2)断面与圆管不可差异太大 当量直径为水力半径的4倍 方形断面的当量直径 非圆管的沿程损失 粗糙度 相对粗糙度 求 非圆管Re 临界雷诺数仍然近似取2300 第六节 紊流的沿程水头损失 非圆形截面的形状和圆形的偏差越小,采用当量直径的可靠性越大。 为避免计算时误差过大,长方形截面的长边最大不超过短边的8倍,圆环形截面的大直径至少要大于小直径3倍。 层流采用当量直径计算,误差较大 第六节 紊流的沿程水头损失 第七节 局部水头损失 流体经过这些局部件时,由于通流截面、流动方向的急剧变化,引起速度场的迅速改变,增大流体间的摩擦、碰撞以及形成旋涡等原因,从而产生局部损失 流体经过阀门、弯管、突扩和突缩等管件 局部地区均匀流被破坏 第八节 管道流动的局部损失 层流局部阻力系数 B为随局部阻碍形状而异的常数 层流局部损失也与平均流速的一次方成正比 第八节 管道流动的局部损失 局部阻力的产生 突变 渐变 第八节 管道流动的局部损失 局部阻力的产生 突变 渐变 第八节 管道流动的局部损失 突变的局部阻碍:主流与边壁脱离,形成旋涡区 渐变的局部阻碍:减速增压,形成旋涡区,受Re影响较大 渐缩管内,流体减压增速,不出现漩涡区。仅当收缩角不是很小时,紧接收缩管后,有一不大的漩涡区 弯管内有两个旋涡区 第八节 管道流动的局部损失 局部阻碍损失分析:旋涡区损失;旋涡区附近,过流断面流速梯度加大,主流能量损失增加;加剧下游范围紊流脉动,加大损失。 总结: 沿程阻力损失和局部阻力损失均为紊流掺混作用引起的惯性阻力和粘性阻力造成的 (1)突然扩大 列1-1和2-2断面的能量方程 列动
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