工程流体力学泵与风机第6章__流动阻力和能量损失浅析.ppt

流体湍流流动时: Re较大，其阻力为黏性阻力和惯性 阻力之和，其值分别取决于雷诺数Re及管壁面粗糙度。 壁面粗糙度对沿程损失的影响取决于相对粗糙度K/d 。 因此，对于湍流： 绝对粗糙度K: 管壁表面粗糙突起绝对高度的平均距离。 K为绝对粗糙度, d 为管径 2.圆形管内层流时沿程阻力系数的计算 理论分析得出，流体在圆形直管内作层流流动时的压 力损失?pf为： 可得圆管层流流动时的沿程阻力系数为 : 由于?pf?ρhf 哈根-泊谡叶方程 而 沿程阻力系数?与Re成反比，与管壁粗糙度无关。 例6-3 用内径为d?10mm，长为L?3m的输油管输送润滑油，已知该润滑油的运动黏度??1.802?10-4m2/s，求流量为qV=75cm3/s时，润滑油在管道上的沿程损失。 3.圆形管内湍流时沿程阻力系数的计算 实验发现，流体在管内作湍流流动时，其沿程阻力系数?不仅与v、d、?和?有关，而且还与管壁的粗糙度( K、K/d )有关。 （1）管壁的粗糙度对沿程阻力系数的影响 流体层流时， 管壁上凸起部分都被有规则的流体层所覆盖，而流速又较缓慢，流体质点对管壁凸起部分不会有碰撞作用，所以， ?与K/d无关。 ?b＞K，管壁凸起部分被层流底层覆盖，此状态下为光滑 管，?与Re有关。 ?b＜＜K，管壁凸起部分 完全暴露于湍流核心区 中，为粗糙管， ?主要与 K/d有关。 ?b＜K，粗糙度影响到湍流核心区的流动，?与Re、K/d有关。 ?b层流底 层厚度 流体湍流时， 湍流中流速较大的流体质点冲击凸起部位，形成旋涡，能量损失激增 莫迪图的五个区域： 以Re为横坐标，?为纵坐标，K/d为参数，标绘出Re与 ?关系的图称为莫迪图。 （2）莫迪图与沿程阻力系数? 从中可直接查出?值 ① 层流区 ?Re≤2000, ??64/Re。 ② 临界过渡区 Re?2000～4000，一般将湍流时的曲线 延伸，按湍流状况查取?值。 ③ 湍流光滑区 Re≥4000，?b＞K ， ??f2（Re）。 ?和Re成曲线关系，且随着Re的增加而减小 ?b＜K , ??f（Re，K/d）。 ④ 湍流过渡区 Re≥4000及图中虚线以下、湍流光滑区曲线以上的区域。 ⑤ 湍流粗糙区 Re≥4000及图中虚线以上的区域。 ?b＜＜K，??f（K/d）。此区又称阻力平方区或完全湍流区。 当K/d一定时，? 随Re值的增大而减小，Re值增至某一数值后? 值下降缓慢；当Re值一定时，? 随K/d值的增加而增大 莫迪图 此区域内流体流动阻力所引起的能量损失hf与v2成正比 莫迪图的使用方法 布拉休斯公式 ① 湍流光滑区 （3）湍流?的计算公式 均为计算?的经验公式和半经验公式 （Re＜105）? 尼古拉兹公式 ??f2（Re） 希弗林松公式 ② 湍流粗糙区 尼古拉兹公式 湍流?的计算 ??f（K/d） ③ 湍流过渡区 ? 莫迪公式 柯列勃洛克公式 阿里特苏里公式 适合于整个湍流区的综合经验公式 ??f（Re，K/d） 湍流?的计算 分区计算?，首先要准确地判定湍流所处的区域，然后才能选用恰当的公式进行计算。 （4）湍流分区判别式 湍流光滑区 ? 湍流过渡区 湍流粗糙区 ＜Re≤ 2000＜Re≤ Re＞ 湍流?的计算 例6-4 水管为一根长为50m，直径d?0.1m的新铸铁管，水的运动黏度??1.31?10-6m2/s，水的平均流速v?5m/s，试求该管段的沿程压头损失。 对非圆形管道，如矩形风道、梯形或三角形明渠等 ，上述计算公式仍适用，但公式中的直径d需采用 “当量直径de”来进行计算 。 4.非圆管内流动的沿程损失 （1）水力半径R ? 流体流经通道的截面积A与湿周x 之比。即： 湿周: 流道截面上流体接触即润湿固体壁面部分的周边长度。 只有在满流情况下湿周才等于周长。 圆管满流时 (?图a) 圆管半流时 （图b） 套管环形通道满流时 （图c） 矩形通道满流时 （图d） 明渠 （图e) （2）当量直径de ? 当量直径为水力半径的四倍，即： 用前面介绍的方法对非圆管进行沿程阻力计算时， 涉及Re、K/d、L/d中d的确定必需用当量直径de来 代替。 例6-5 某钢板制风道，截面尺寸为400mm?200mm，长度为80m，管内平均流速v