第四章 流体阻力和能量损失.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2) 速度分布 圆管中紊流与层流的速度剖面 3) 粘性底层 ——管径 4.5 尼古拉兹实验 一、实验 1. 目的： 原理和装置： 用不同粗糙度的人工粗糙管，测出不同雷诺数下的 ，然后由 算出 . 3.结果分析： 4.5 尼古拉兹实验 尼古拉兹图可分为五个区域： I. 层流区 II. 过渡区 III.湍流光滑区 IV.湍流过渡区 V. 湍流粗糙区 尼古拉兹实验曲线 沿程阻力系数的实验研究 水力光滑 水力粗糙 管壁粗糙凸出部分的平均高度叫做管壁的绝对粗糙度(ε) ε /d 称为相对粗糙度 δ＞K 光滑管 δ K 粗糙管 水力光滑与水力粗糙 当量糙粒高度K：和工业管道粗糙区 值相等的尼古拉兹粗糙管的粗糙高度。 计算方法：1.分区公式计算 2.通用公式计算 3.查莫迪图 4.6 工业管道沿程阻力系数的计算 I. 层流区(Re2000) 对数图中为一斜直线 II. 过渡区(2320＜Re＜4000 ) 情况复杂，无一定规律 III.湍流光滑区 （4×103＜Re＜105 ） 尼古拉兹经验公式(105＜Re＜3×106 ) λ=0.0032+0.221Re-0.237 通用卡门一普朗特公式 4.6 工业管道沿程阻力系数的计算 IV.湍流过渡粗糙区 λ=f (Re , K/ d ) 洛巴耶夫公式 V. 湍流平方阻力区 λ=f ( K / d ) 4.6 工业管道沿程阻力系数的计算 莫迪图 4.6 工业管道沿程阻力系数的计算 4.7 非圆管的沿程损失 非圆管的沿程损失一般用到当量直径计算。 水力半径为过流断面面积A和湿周 之比。 所谓湿周，即过流断面上流体和固体壁面接触的周界。圆管 的水力半径为d/4，边长为a和b的矩形断面水力半径为 ab/2（a+b），边长为a的正方形断面水力半径为a/4，令非圆 管水力半径和圆管的水力半径d/4相等，即得当量直径的计算 公式： de=4R 有了当量直径，只要以de代替d就可以计算非圆管水头损失。 必须指出，应用当量直径计算非圆管的能量损失，并不能适 用于所有情况。 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、碰憧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 4.8 管道流动的局部损失 4.8 管道流动的局部损失 计算公式： 4.9 减小阻力的措施 减小管中 流动阻力 改善边壁对 流动的影响 流体运动的 内部结构 改善边壁的主要措施： 减少管壁的粗糙度（紊流过度区或粗糙区） 柔性边壁代替钢性边壁 防止或推迟流体与壁面的分离 管道进口 渐扩管和突扩管 弯管 三通 * * * * * * * * * * 第4章 流动阻力和能量损失 第四章 流体阻力和能量损失 第一节 沿程损失和局部损失 第二节 层流与紊流、雷诺数 第三节 圆管中的层流运动 第四节 紊流运动的特征和紊流阻力 第五节 尼古拉兹实验 第四章 流体阻力和能量损失 第六节 工业管道紊流阻力系数计算式子 第七节 非圆管的沿程损失 第八节 管道流动的局部损失 第九节 减小阻力的措施 ——沿程水头损失(Friction head loss) 边界对水流的摩擦阻力损失一部分机械能 流层之间的相互摩擦力损失一部分机械能 紊流、大小尺度不同的旋涡 ——局部水头损失(Local head loss)，边界层的分离产生旋涡要产生额外的水头损失，由于边界形状突然改变而产生 。 4.1 沿程损失和局部损失  4.1 沿程损失和局部损失 1. 沿程损失： 达西——魏斯巴赫公式 ： 式中 ： ——沿程阻力系数(无量纲) ——管子有效截面上的平均流速 L ——管子的长度 d ——管子的直径 2. 局部损失： 计算公式： ——局部损失系数(无量纲) 一般由实验测定 总能量损失： 能量损失的量纲为长度，工程中也称其为水头损失 一、雷诺实验 实验装置 4.2 层流和紊流 紊流 层流 粘性流体两种流动状态： Osborne Reynolds (1842-1916) a. b. c. d. 层流=过渡状态 紊流=过渡状态 紊流 层流 ——上临界速度 ——下临界