紊流沿程阻力系数λ的确定尼古拉兹实验用人工方法把大小基本相同形状近似.pptx

紊流沿程阻力系数λ的确定尼古拉兹实验用人工方法把大小基本相同，形状近似球体，粒径均匀的砂粒用胶粘附于管内壁上，这种管道称为人工粗糙管。用糙粒的突起高度K（即相当于砂粒直径）来表示壁面的绝对粗糙度K。绝对粗糙度K与管道直径（或半径）之比（或）称为管壁相对粗糙度，它是一个能够在不同直径的管道中用来反映管壁粗糙影响的量。

尼古拉兹采用多种管径和多种粒径的砂粒，得到了六种不同相对粗糙度的管道，其相对粗糙度为=～，把这些管道放在类似雷诺实验的装置中，量测不同流量时的断面平均流速v和沿程水头损失hf，并计算出相应的雷诺数Re和沿程阻力系数λ，把试验结果点绘在对数坐标纸上，得到图6。

图6尼古拉兹实验曲线

根据λ变化的特征，图中曲线可分为五个区域：第I区，Re2000时，所有的实验点，不论其相对粗糙度大小，都集中在一条直线上。这表明λ仅与Re有关，而与相对粗糙度无关，即λ=f(Re)，数值关系为λ=该区称为层流区。

第II区，2000Re4000，是由层流向紊流的转变过程，λ只与Re有关，而与相对粗糙度无关，该区称为过渡区或临界区，该区范围很小，实用意义不大。第III区，Re4000以后，不同相对粗糙的实验点，起初都集中在曲线III上，表明λ与相对粗糙度无关，只与Re有关，该区称为紊流光滑区。

在光滑区，层流边层的厚度δ显著大于管壁的绝对粗糙度K，粗糙完全被淹盖在层流边层以内，粗糙对紊流核心的流动几乎没有影响，流体好像在完全光滑的管道中流动一样。随着Re的加大，相对粗糙度较大的管道，其实验点在较低的Re时就偏离曲线III，而相对粗糙度较小的管道，其实验点在较大的Re时才偏离此线。

第IV区，实验点已偏离光滑区曲线。不同相对粗糙度的试验点各自分散成一条条波状曲线，该区称为紊流过渡区。在过渡区，层流边层的厚度δ变薄，粗糙开始影响紊流核心区内的流动，λ既与Re有关，又与相对粗糙度有关。

第V区，不同相对粗糙度的实验点，分别落在一些与横坐标平行的直线上，该区称为紊流粗糙区。在粗糙区，层流边层更薄，δK，粗糙几乎全部暴露在紊流核心中，此时Re的变化对紊流的影响已微不足道，λ只与有关，而与Re无关。当λ与Re无关时，沿程损失与流量的平方成正比，因此该区又称为阻力平方区。

沿程阻力系数λ的变化可归纳如下：I层流区λ＝f1（Re）II临界过渡区λ＝f2（Re）III紊流光滑区λ＝f3（Re）IV紊流过渡区λ＝f4（Re,V紊流粗糙区（阻力平方区）λ＝f5（））