流體阻力和能量損失

1、流動阻力的兩種類型hw（pw）流體粘性引起1.沿程阻力沿程損失(長度損失、摩擦損失)gvdlhf2222vdlpf達(dá)西-魏斯巴赫公式沿程阻力系數(shù)2.局部阻力局部損失gvhj22局部阻力系數(shù)22vpj3.總能量損失jfwhhhjfwppp4.用水頭線表示粘性流體的兩種流態(tài)1.雷諾實驗（1883年）（a）層流（b）臨界狀態(tài)（c）紊流下臨界流速vc臨界流速上臨界流速vcccvv 2.分析雷諾實驗vmkhflglglgmfkvh 層流紊流0 . 10 . 11vvkhf0 . 275. 10 . 275. 12vvkhfab段層流ef段紊流be段臨界狀態(tài) 4512563156020 . 11m0 .

2、275. 12m0 . 23m結(jié)論：流態(tài)不同，沿程損失規(guī)律不同3.雷諾數(shù)dvcdvccRedvdvcccReRec臨界雷諾數(shù)（2000左右）Re=vd/雷諾數(shù)（無量綱）ReRec紊流（包括層流向紊流的臨界區(qū)20004000）結(jié)論：用雷諾數(shù)判斷流態(tài)4.用量綱分析說明雷諾數(shù)的物理意義 Lv dnduAam粘性力慣性力 LvLLvL223Re慣性力與粘性力作用之比判斷流態(tài)圓管中的層流運(yùn)動1.沿程損失與切應(yīng)力的關(guān)系列1-1和2-2斷面的能量方程流動為均勻流，慣性力為零，列平衡方程fhgpzgpz2211gpzgpzhf2211Jrglhrgf22000J單位長度的沿程損失 （水力坡度）同理Jrg200

3、rr02cos0021rlgAlApAp21zz fhgrlgpzgpz00221122.斷面流速分布drdu牛頓內(nèi)摩擦定律又Jrg2rdrgJdu2積分（a）2204rrgJu旋轉(zhuǎn)拋物面20max4rgJurrurdrgJdu020（b）平均速度AudAAQv（c）層流動能修正系數(shù)233AvdAuA層流動量修正系數(shù)33. 122AvdAuA20002rrdrur208Jrgmax21u測量圓管層流平均速度的方法3.沿程損失系數(shù)208grvlJlhf又gvdlhf22比較ReRe64f注意：v，但hfv232gdvl0 . 1v4.例：應(yīng)用細(xì)管式粘度計測油的粘度，細(xì)管d=6mm，l=2m，Q=

4、77cm3/s，水銀壓差計讀值h=30cm，水銀密度m=13600kg/m3，油的密度=900kg/m3，求油的運(yùn)動粘度解：fhsmdQv/73. 242設(shè)為層流gvdlhf2Re642mhm23. 4解得運(yùn)動粘度smlvgdhf/1054. 8642262校核流態(tài)20001918Revd計算成立紊 流 運(yùn) 動1.紊流的微觀分析渦體的產(chǎn)生2.紊流流動結(jié)構(gòu)圖圓管紊流的沿程損失dkf Re,k絕對粗糙度k/d相對粗糙度1.尼古拉茲實驗（1933-1934）（1）實驗曲線人工粗糙（尼古拉茲粗糙）區(qū)（ab線，lgRe3.3，Re3.6，Re4000） 紊流光滑區(qū)=f（Re） k/d大的管子在Re較低時

5、離開此線 區(qū)（cd、ef之間的曲線族） 紊流過渡區(qū)=f（Re，k/d）區(qū)（ef右側(cè)水平的直線族） 紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）=f（k/d）（2）變化規(guī)律層流底層的變化2.紊流沿程損失系數(shù)（1）紊流光滑區(qū)尼古拉茲光滑區(qū)公式51. 2Relg21Ref經(jīng)驗公式：布拉修斯公式25. 0Re3164. 0（2）紊流粗糙區(qū)尼古拉茲粗糙區(qū)公式kd7 . 3lg21dkf經(jīng)驗公式：希弗林松公式25. 011. 0dk（3）紊流過渡區(qū)a.工業(yè)管道當(dāng)量粗糙度ke和工業(yè)管道粗糙區(qū)值相等的同直徑的尼古拉茲粗糙管的粗糙度常用工業(yè)管道的ke管道材料ke(mm)管道材料ke(mm)新氯乙烯管00.002鍍鋅鋼管0.15鉛管

6、、銅管、玻璃管0.01新鑄鐵管0.150.5鋼管0.046鋼板制風(fēng)管0.15涂瀝青鑄鐵管 0.12混凝土管0.33.0b.莫迪圖c.柯列勃洛克公式Re51. 27 . 3lg21dkdkf Re,經(jīng)驗公式：希弗林松公式25. 0Re6811. 0dk3.例：給水管長30m，直徑d=75mm，材料為新鑄鐵管，流量Q=7.25L/s，水溫t=10，求該管段的沿程水頭損失解：242101 .444mdAsmAQv/64. 1水溫t=10時，水的運(yùn)動粘度=1.3110-6m2/s94100Revd當(dāng)量粗糙度ke=0.25mm，ke/d=0.003由Re、ke/d查莫迪圖，得=0.028或由公式 ，得=

7、0.02825. 0Re6811. 0dkmgvdlhf54. 122局部阻力及損失的計算gvhj221.局部阻力產(chǎn)生的原因局部阻礙的形狀、尺寸f2.幾種常見的局部損失系數(shù)（1）突然擴(kuò)大列1-1和2-2斷面的能量方程jhgvgpzgvgpz2222222111列動量方程122122221vvQzzgAApApgvvhj2212由連續(xù)性方程2211AvAvgvgvAAhj22121121221或gvgvAAhj22122122212注意：1v1；2v2特例：=1管道的出口損失系數(shù)（2）突然縮小1215 . 0AA特例：=0.5管道的入口損失系數(shù)v2（3）漸擴(kuò)管gvnhf2112sin8212gvnkhex211212當(dāng)20，k=sin2211112sin8nkn公式、圖表=58，最?。?）漸縮管收縮角n=A2/A1收縮面積比v12v（5）彎管二次流螺旋運(yùn)動影響長度50倍管徑減小彎管轉(zhuǎn)