[工学]5流动阻力多媒体教案.ppt

主要内容： 1.5.1 概述 1.5.2 圆形直管层流流动阻力 1.5.3 管壁粗糙度对摩擦系数的影响 1.5.4 圆形直管湍流流动阻力 1.5.5 非圆形管流动阻力 1.5.6 局部阻力 1.5.1 概述 （1）按能量损失的外因来分 ①直管阻力（沿程阻力）——流体在流经一定直 径的直管时所产生的能量损失 ②局部阻力——流体在流经管件、阀门或管径突然 发生变化等局部地方时，速度的大小与方向都要发生 变化，并受到阻碍和干扰所产生的能量损失 （2）按能量损失的内因来分 ①表皮阻力（摩擦阻力）——流体沿壁面流过而产 生的能量损失 ②形体阻力——流体流过的流道有弯曲、突然扩大 或缩小、流体绕过物体流动可造成边界层分离，引起 机械能损耗 归根结底，都是由于流体的黏性所造成的内摩擦。 1.5.2 圆形直管层流流动阻力 （2）表现形式 流体在无外加能量的情况下流经直管时的能量损 失是由伯努利方程求出，对于管径相同的水平直管道 为静压能之差（压力降）。 对于倾斜安装的管路， 如管径相等，表现为静压 能和位能的减少；如直径 不等，表现为机械能的损 失量。 根据伯努利方程的其他形式，范宁公式也可表示为： 流体在层流流动时的压头损 失计算式（m 液柱） 流体在层流流动时的压 力损失计算式（Pa） （4）讨论 ①压力损失 △pf 是流体流动能量损失的一种表示形 式，是指单位体积流体的机械能损失，与两截面间的 压力差△p 意义不同，在什么情况下数值相等。 （等径水平直管） ②某种流体在直管内做层流流动时的能量损失与流 速的几次方成正比（1次方），与流体的雷诺数成什么 比例（成反比），与管长的几次方成正比（1次方）， 与管径的几次方成什么比例（2次方成反比）。 1.5.3 管壁粗糙度对摩擦系数的影响 （1）管壁粗糙度的表示方法 绝对粗糙度：管壁面凸出部分的平均高度，用符号 ε来表示。 相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值，即ε/d （2）管壁粗糙度对层流流动阻力的影响 层流流动流速较慢，无径向运动，与管壁无碰 撞，流体流动阻力与ε/d 无关，只与 Re 有关。 （3）管壁粗糙度对湍流流动阻力的影响 δL表示层流内层的厚度 水力光滑管 完全湍流粗糙管 结论： （1）湍流时的层流底层的厚度δLε时，管壁的粗 糙度对流体阻力或摩擦系数的影响与层流相近。 （2）当Re大到一定程度时，层流内层的厚度δLε, 使壁面突出部分暴露在湍流主体中，与质点碰撞更加 加剧，致使粘性力不起作用，Re不再影响摩擦系数， 流体进入完全湍流区。 1.5.4 圆形直管湍流流动阻力 1.5.4.1 量纲分析法 目标：将影响一个物理过程的各物理量之间的关系 转换为较少的无量纲数群之间的关系，然后 通过实验确定这些数群之间的关系。 任务：利用量纲分析法来建立流体在圆形直管中湍 流流动的能量损失计算公式 量纲分析法的理论依据： ①量纲一致性原则：即每一个物理方程式的两边 不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的量纲。 ②白金汉的π定理，目的是确定无量纲数群的个 数。设影响某一物理现象的独立变量数为 n 个，这 些变量的基本量纲数为 m 个，则该物理现象可用 N=n-m 个独立的无量纲数表示。 将这些变量写成幂函数的形式： 其量纲关系式： 根据量纲一致性原则： 设b,e,f 已知，将指数相同的物理量合并，得 则流体在圆形直管中湍流时的能量损失计算公式为： ④完全湍流区 （虚线以上的区域） λ与Re无关，只与ε/d 有关 。对于ε/d 一定 时， ，该区又称为阻力平方区。 1.5.4.3 经验公式 柏拉修斯（Blasius）式： 适用光滑管