傳輸原理 5 管道中的流動

1、冶金傳輸原理冶金傳輸原理北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院 冶金傳輸原理冶金傳輸原理第一部分流體力學(xué)第一部分流體力學(xué)第五章：管道中的流動第五章：管道中的流動吳鏗吳鏗 2011.03.01第五章第五章 管道中的流動管道中的流動 5.1 圓管中流體的層流流動圓管中流體的層流流動 5.2 湍流的流動湍流的流動 5.3 普朗特混合長度理論普朗特混合長度理論 5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布 5.5 圓管內(nèi)的摩擦阻力系數(shù)圓管內(nèi)的摩擦阻力系數(shù) 5.6 氣體通過固體散料層的公式氣體通過固體散料層的公式 5.7 管路計算管路計算 5.1 圓管中的層流流動圓管中的層流流動

2、有一半徑為有一半徑為R的的無限長無限長直圓管，直圓管，不可壓黏性流不可壓黏性流體在壓力梯度體在壓力梯度dP/dx的的作用下作作用下作定常直線層流定常直線層流運動。運動。設(shè)圓管設(shè)圓管水平放置，水平放置，忽略質(zhì)量力，忽略質(zhì)量力，現(xiàn)討現(xiàn)討 論管內(nèi)流動的論管內(nèi)流動的速度分布、流量及阻力速度分布、流量及阻力。 (1) 速度分布速度分布 柱坐標(biāo)系中的納維柱坐標(biāo)系中的納維-斯托克斯方程公式可簡化為：斯托克斯方程公式可簡化為：11xdddPrr drdrdx 根據(jù)流場邊界是軸對稱的根據(jù)流場邊界是軸對稱的特點，取柱坐標(biāo)系特點，取柱坐標(biāo)系(r, , x)的的x軸與管軸重軸與管軸重合，如圖所示。合，如圖所示。5.1

3、 圓管中的層流流動圓管中的層流流動 將上式兩邊對將上式兩邊對r積分，得：積分，得：2121ln4xdPrcrcdx 由于在由于在r=0處，處，x為有限值，因此為有限值，因此c1=0。c2由邊界條件：由邊界條件：r=R，x=0來確定，因此來確定，因此 224R dPcdx 于是，管內(nèi)速度分布為：于是，管內(nèi)速度分布為：2214xdPRrdx 若考慮長度為若考慮長度為L的一段管道，設(shè)上游截面的一段管道，設(shè)上游截面1與下游截面與下游截面2之間的壓力差為之間的壓力差為P=P1-P20，則，則 dPPdxL 5.1 圓管中的層流流動圓管中的層流流動 速度分布可改寫為：速度分布可改寫為：2214xPRrL

4、在管軸在管軸r=0處，速度達(dá)到最大值：處，速度達(dá)到最大值：2max4xPRL 這樣，公式還可以表示成：這樣，公式還可以表示成：2max21xxrR 從上式可見，圓管內(nèi)層流流動的速度分布也是拋物型的從上式可見，圓管內(nèi)層流流動的速度分布也是拋物型的(回轉(zhuǎn)拋物面回轉(zhuǎn)拋物面)，它稱為圓管中的泊松，它稱為圓管中的泊松(Poiseuille)流。流。5.1 圓管中的層流流動圓管中的層流流動(2) 流量與平均流速流量與平均流速 通過圓管的體積流量為：通過圓管的體積流量為：22maxmax2002212RRxxxrRQrdrrdrR48RQPL或或泊松定律泊松定律 根據(jù)流量根據(jù)流量Q可以求出圓管截面上的平均流

5、速可以求出圓管截面上的平均流速m：228mQPRRLmax12mx 可見，圓管層流流動的平均速度是最大速度的一半。可見，圓管層流流動的平均速度是最大速度的一半。5.1 圓管中的層流流動圓管中的層流流動 管內(nèi)層流剪應(yīng)力分布為：管內(nèi)層流剪應(yīng)力分布為：(3) 阻力及阻力系數(shù)阻力及阻力系數(shù)2PrrL 在管軸在管軸r=0上，上， =0 ；在管壁上達(dá)到最大值；在管壁上達(dá)到最大值0 ：02PRL 由于長度為由于長度為L的圓管對流體的摩擦阻力的圓管對流體的摩擦阻力F與兩截面上壓與兩截面上壓力差的合力之間相互平衡，即流體流經(jīng)力差的合力之間相互平衡，即流體流經(jīng)L長度圓管所克長度圓管所克服摩擦阻力服摩擦阻力F，其動

6、力來源于壓力降，其動力來源于壓力降P，因此，因此202FRLRP5.1 圓管中的層流流動圓管中的層流流動 考慮到直徑考慮到直徑d=2R，定義，定義為圓管的摩擦阻力系數(shù)，也稱為圓管的摩擦阻力系數(shù)，也稱沿程阻力系數(shù)：沿程阻力系數(shù)：02224111282mmmFPLLdd 在得到阻力系數(shù)在得到阻力系數(shù)后，流動的壓力降后，流動的壓力降P、沿程損失、沿程損失hf =P/和壁面剪應(yīng)力分別給出如下：和壁面剪應(yīng)力分別給出如下：22mLPd22mfPLhdg2018m 對于層流可得：對于層流可得：64 =Re其中其中mdRe是對于圓管直徑和平均速度而言的雷諾數(shù)。是對于圓管直徑和平均速度而言的雷諾數(shù)。228642

7、mmmLLPdRd 5.1 圓管中的層流流動圓管中的層流流動 例題例題1 設(shè)有設(shè)有=0.1Pas，=850 kg/m3的油，流過的油，流過長為長為L=3000m，直徑，直徑d=300mm的鑄鐵管，流量的鑄鐵管，流量Q=4110-3 m3/s。試求摩擦壓力損失試求摩擦壓力損失P。解：首先判斷流動是層流還是湍流。解：首先判斷流動是層流還是湍流。3241 100.58m/s0.34mQA850 0.58 0.3147923000.1mdRe因此屬于層流。因此屬于層流。64640.04331479Re223000850 0.580.043361906Pa20.32mLPd5.2 湍流的流動湍流的流動一

8、、臨界雷諾數(shù)一、臨界雷諾數(shù) 雷諾通過雷諾通過圓管內(nèi)圓管內(nèi)的黏性流動實驗，發(fā)現(xiàn)一定條件下層的黏性流動實驗，發(fā)現(xiàn)一定條件下層流轉(zhuǎn)化為湍流的控制因素是流轉(zhuǎn)化為湍流的控制因素是雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re。由層流轉(zhuǎn)變?yōu)?。由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯睦字Z數(shù)稱為湍流的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Recr，它不是一個固定，它不是一個固定的值，依賴于外部擾動的大小。的值，依賴于外部擾動的大小。 實驗證明：實驗證明：Recr的下界約為的下界約為2000。Re2000而小于某一上界時，共存或間隙發(fā)生而小于某一上界時，共存或間隙發(fā)生Re大于某上界時，完全發(fā)展的湍流大于某上界時，完全發(fā)展的湍流 從空間角度看，即使從空間角度看，即使Re

9、Recr，在，在管內(nèi)管內(nèi)中心沿流動方向中心沿流動方向也存在也存在著層流區(qū)、過渡區(qū)和湍流區(qū)著層流區(qū)、過渡區(qū)和湍流區(qū)。5.2 湍流的流動湍流的流動二、充分發(fā)展流二、充分發(fā)展流 無論層流還是湍流，無論層流還是湍流，都假定流體充滿圓管都假定流體充滿圓管的整個截面。的整個截面。在實際在實際管道中，從入口處開管道中，從入口處開 始，流動有始，流動有一個逐漸發(fā)展的過程。一個逐漸發(fā)展的過程。如圖所示，假設(shè)均如圖所示，假設(shè)均勻流進(jìn)入直徑為勻流進(jìn)入直徑為d的直圓管。將入口至邊界層匯合這一的直圓管。將入口至邊界層匯合這一段稱為入口段，其長度為段稱為入口段，其長度為L，而充分發(fā)展流是層流還是而充分發(fā)展流是層流還是湍流

10、則取決于雷諾數(shù)。湍流則取決于雷諾數(shù)。 對于圓管內(nèi)的層流，入口段的長度由下式近似給出對于圓管內(nèi)的層流，入口段的長度由下式近似給出0.057LRed5.2 湍流的流動湍流的流動三、湍流的描述三、湍流的描述 右圖表示管道中某右圖表示管道中某點的軸向速度隨時點的軸向速度隨時間的變化曲線。間的變化曲線。 研究思路：研究思路：把湍流把湍流 對于管內(nèi)某點的軸向瞬時速度，其時間平均值定義為對于管內(nèi)某點的軸向瞬時速度，其時間平均值定義為場可看成是統(tǒng)計平均場和隨機脈動場的疊加場可看成是統(tǒng)計平均場和隨機脈動場的疊加，然后應(yīng)然后應(yīng)用統(tǒng)計平均的方法，從納維用統(tǒng)計平均的方法，從納維- -斯托克斯方程出發(fā)研究平斯托克斯方程

11、出發(fā)研究平均運動的變化規(guī)律。均運動的變化規(guī)律。01011, , , ,ttxmxtx y zx y z t dtt5.2 湍流的流動湍流的流動 引入平均值后，瞬時物理量可表示成：引入平均值后，瞬時物理量可表示成：,xxmxyymyzzmzmPPP 根據(jù)平均值的定義公式，脈動值的均值應(yīng)為零，即：根據(jù)平均值的定義公式，脈動值的均值應(yīng)為零，即：0,0,0,0 xmymzmmP 以平均速度為以平均速度為m的均勻來流的均勻來流(湍流湍流)為例，定義為湍流度為例，定義為湍流度為：為：2221xyzm 流體流動狀態(tài)的變化，與來流的流體流動狀態(tài)的變化，與來流的Re數(shù)，來流的湍流度、數(shù)，來流的湍流度、壁面粗糙度

12、以及外部主流的壓力梯度等有關(guān)。壁面粗糙度以及外部主流的壓力梯度等有關(guān)。5.2 湍流的流動湍流的流動四、幾種典型的湍流四、幾種典型的湍流 定常湍流：定常湍流：空間各點物理量的平均值不隨時間變化的湍空間各點物理量的平均值不隨時間變化的湍流，也稱為準(zhǔn)定常湍流。若平均值隨時間變化，稱為非流，也稱為準(zhǔn)定常湍流。若平均值隨時間變化，稱為非定常湍流。定常湍流。 均勻各向同性湍流：均勻各向同性湍流：均勻各向同性湍流：均勻指不同空均勻各向同性湍流：均勻指不同空間點處的湍流特性都是一樣的，各向同性指同一空間點間點處的湍流特性都是一樣的，各向同性指同一空間點的不同方向上的湍流特性都是一樣的，如果二者兼?zhèn)?，的不同方?/p>

13、上的湍流特性都是一樣的，如果二者兼?zhèn)?，則稱為均勻各向同性湍流。則稱為均勻各向同性湍流。 自由剪切湍流：自由剪切湍流：邊界為自由面而無固體壁限制的湍流。邊界為自由面而無固體壁限制的湍流。例如自由射流及兩股匯合的平行流動等屬于這種流動。例如自由射流及兩股匯合的平行流動等屬于這種流動。 壁面剪切湍流：壁面剪切湍流：壁面剪切湍流指存在固體壁邊界的湍流。壁面剪切湍流指存在固體壁邊界的湍流。管內(nèi)及物體壁面邊界層的湍流屬于此類。管內(nèi)及物體壁面邊界層的湍流屬于此類。5.2 湍流的流動湍流的流動五、五、湍流的切應(yīng)力湍流的切應(yīng)力 由于湍流運動時相鄰流體層由于湍流運動時相鄰流體層的質(zhì)點之間不斷地相互交換，的質(zhì)點之間

14、不斷地相互交換，所以在直角坐標(biāo)系下所以在直角坐標(biāo)系下(右圖右圖)，流體中某一點處除流體中某一點處除具有水平速度具有水平速度x以外，還有垂直方向的脈動速度以外，還有垂直方向的脈動速度y。AVdAdVtFn 由于由于y存在而穿越控制體上存在而穿越控制體上(下下)面的、面的、x方向的動量流方向的動量流密度為：密度為：yxmxyxmyxAAAdAdAdA 切應(yīng)力與脈動產(chǎn)生的宏觀動量之間的關(guān)系：切應(yīng)力與脈動產(chǎn)生的宏觀動量之間的關(guān)系：5.2 湍流的流動湍流的流動 對上式右側(cè)在相當(dāng)長的時間內(nèi)取平均，并考慮到脈動對上式右側(cè)在相當(dāng)長的時間內(nèi)取平均，并考慮到脈動的平均值為的平均值為0，則積分動量關(guān)系式的平均值形式

15、為，則積分動量關(guān)系式的平均值形式為(定定常湍流常湍流)：()()()xyxmmyxmyxmmAAAFdAdAdA ()txmxymtddy 將將(xy)m也看成是一個切應(yīng)力，即湍流流動的切應(yīng)也看成是一個切應(yīng)力，即湍流流動的切應(yīng)力力(雷諾應(yīng)力雷諾應(yīng)力)，如下所示：，如下所示： 綜上所述，湍流中的總摩擦應(yīng)力，應(yīng)等于黏性切應(yīng)力綜上所述，湍流中的總摩擦應(yīng)力，應(yīng)等于黏性切應(yīng)力與湍流切應(yīng)力之和，即：與湍流切應(yīng)力之和，即：xmettddy5.3 普朗特混合長度理論普朗特混合長度理論 普朗特混合長度理論其基本思普朗特混合長度理論其基本思想是把湍流中微團的脈動類比想是把湍流中微團的脈動類比于氣體分子的運動。為簡

16、單起于氣體分子的運動。為簡單起見，考慮平面平行定常流動的見，考慮平面平行定常流動的情形情形(右圖所示右圖所示)。 普朗特認(rèn)為，在平均自由程的距離內(nèi)，某一流體微團普朗特認(rèn)為，在平均自由程的距離內(nèi)，某一流體微團不與其它微團相碰，保持自己的動量；超出此距離才不與其它微團相碰，保持自己的動量；超出此距離才發(fā)生碰撞，從而改變動量。發(fā)生碰撞，從而改變動量。 根據(jù)動量定理，這種流層之間單位時間內(nèi)動量的變化，根據(jù)動量定理，這種流層之間單位時間內(nèi)動量的變化，就等于流層之間的摩擦阻力，即就等于流層之間的摩擦阻力，即yxxyxyxFAAA 5.3 普朗特混合長度理論普朗特混合長度理論 上式兩邊同除以上式兩邊同除以A

17、，即得湍流剪應(yīng)力：，即得湍流剪應(yīng)力：tyx 由于由于 ，對其進(jìn)行泰勒，對其進(jìn)行泰勒(Taylor)級數(shù)展開，并略去高階項可得：級數(shù)展開，并略去高階項可得：xx1x1d=y +l -y 11xxxxdylyldy 混合長度理論假定，速度差混合長度理論假定，速度差 等于微團經(jīng)自由程等于微團經(jīng)自由程l縱向脈縱向脈動后，引起的流層微團沿動后，引起的流層微團沿x軸方向的脈動速度軸方向的脈動速度 ，因此：，因此：xxdldy 普朗特進(jìn)一步假定普朗特進(jìn)一步假定 和和 同量級，即：同量級，即： x x y y5.3 普朗特混合長度理論普朗特混合長度理論xydkldy22xtxymdkldy 因為因為t與與dx

18、/dy同號，上式應(yīng)改寫成：同號，上式應(yīng)改寫成：2xxtddldydy l 稱為混合長度，其數(shù)值將在具體問題中通過假定及稱為混合長度，其數(shù)值將在具體問題中通過假定及實驗結(jié)果來確定?？梢缘玫剑簩嶒灲Y(jié)果來確定?？梢缘玫剑?xtdldy 可見，湍流黏性系數(shù)可見，湍流黏性系數(shù)t與流場有關(guān)。從物理概念上不難理與流場有關(guān)。從物理概念上不難理解，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由分子運動引起的層流黏性系數(shù)解，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由分子運動引起的層流黏性系數(shù)e。5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布 由圖可見，在緊靠壁面附由圖可見，在緊靠壁面附近，存在著很大的速度梯近，存在著很大的速度梯度。此區(qū)域通常稱為度。此區(qū)域通常稱為層流層流底層底

19、層。在離壁面一定距離。在離壁面一定距離后，速度分布趨于平坦，后，速度分布趨于平坦，此區(qū)域通常稱為此區(qū)域通常稱為湍流核心湍流核心區(qū)區(qū)。介于層流底層和湍流核心的中間區(qū)域，兩種流動狀。介于層流底層和湍流核心的中間區(qū)域，兩種流動狀態(tài)并存，稱為態(tài)并存，稱為過渡層區(qū)過渡層區(qū)。在層流底層內(nèi)在層流底層內(nèi):流動狀態(tài)接近于層流，又因其厚度很薄，流動狀態(tài)接近于層流，又因其厚度很薄，速度分布可認(rèn)為是線性的，故：速度分布可認(rèn)為是線性的，故：0 xxddyy5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布 將上式兩邊分別除以將上式兩邊分別除以，令，令*=(0/)1/2，稱之為切應(yīng)力，稱之為切應(yīng)力速度，則上式可寫為：速度，則上

20、式可寫為：*xyv層流底層中的速度分布規(guī)律層流底層中的速度分布規(guī)律在湍流核心區(qū)：在湍流核心區(qū)：假設(shè)湍流附加切應(yīng)力假設(shè)湍流附加切應(yīng)力t等于邊壁切應(yīng)等于邊壁切應(yīng)力力0，即，即t =0，則有：，則有：220()xtdldy 將公式將公式(5-38)兩邊分別除以兩邊分別除以，并考慮，并考慮l=ky，開方后得：，開方后得：0*xxddlkydydy*1xddyk y5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布 積分后可得積分后可得*1lnxyck*1lncckv*1lnxyckv令令 在光滑圓管中，根據(jù)實驗可知在光滑圓管中，根據(jù)實驗可知k=0.4，c=5.5，代入上，代入上式，井把自然對數(shù)改為常用對數(shù)后

21、就得到速度分布的式，井把自然對數(shù)改為常用對數(shù)后就得到速度分布的對數(shù)規(guī)律：對數(shù)規(guī)律：*5.75lg5.5xyv*11.6yv*11.6lvy或或l為層流底層的名為層流底層的名義厚度。義厚度。 由層流底層到湍流核心的轉(zhuǎn)變點的對應(yīng)值如下由層流底層到湍流核心的轉(zhuǎn)變點的對應(yīng)值如下：5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布在過渡層區(qū)：在過渡層區(qū)：其速度分布既與層流底層中的速度分布其速度分布既與層流底層中的速度分布不同，又與湍流核心中不同，主要由實驗來確定，如不同，又與湍流核心中不同，主要由實驗來確定，如斯蘭奇斯蘭奇(Sleicher)給出的計算公式如下：給出的計算公式如下：*11arctan11xyv

22、 根據(jù)實驗，湍流段內(nèi)部分為：根據(jù)實驗，湍流段內(nèi)部分為：層流底層：層流底層： 過渡層區(qū)：過渡層區(qū)：湍流核心區(qū)：湍流核心區(qū)： *5yv*530yv*30yv5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布指數(shù)定律：指數(shù)定律：湍流時光滑圓管中的速度分布也可以用指湍流時光滑圓管中的速度分布也可以用指數(shù)定律來表示：數(shù)定律來表示：max()nxxrR 當(dāng)當(dāng)Re=1.1105時，時，n=1/7，于是，于是1/7max()xxrR 這就是湍流的七分之一次方速度分布規(guī)律。因此，只這就是湍流的七分之一次方速度分布規(guī)律。因此，只要通過實驗測定出管中心處的要通過實驗測定出管中心處的最大流速最大流速xmax，就能計，就能計

23、算出算出平均流速平均流速xm，進(jìn)而求出流量。這是求管道平均，進(jìn)而求出流量。這是求管道平均流速和流量的簡便方法之一。流速和流量的簡便方法之一。5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布例題例題2 試求湍流在圓管中的平均速度。試求湍流在圓管中的平均速度。解：由公式可知，當(dāng)解：由公式可知，當(dāng)y=R時圓管軸線處的最大流速為時圓管軸線處的最大流速為*max*(5.75lg5.5)xRv當(dāng)當(dāng)y=R時最大流速為時最大流速為max*1lnxRck*maxlnxxykR通過圓管的流量為：通過圓管的流量為：*max02(ln)()RxyQRy dykR平均速度為：平均速度為：1*maxmax*202 (ln)(

24、1) ()3.75xmxxQyyydRkRRR5.4 圓管內(nèi)湍流速度分布圓管內(nèi)湍流速度分布 右圖給出了平均速度相右圖給出了平均速度相等但雷諾數(shù)不同時，層等但雷諾數(shù)不同時，層流與湍流的速度分布剖流與湍流的速度分布剖面。由圖可見，面。由圖可見，層流速層流速度分布為拋物線形狀；度分布為拋物線形狀； 經(jīng)實驗修正后，上式可以更正確地表示為：經(jīng)實驗修正后，上式可以更正確地表示為：xm=xmax-4.07*。該公式為平均速度與最大速度之間的關(guān)系。該公式為平均速度與最大速度之間的關(guān)系。 湍流速度分布僅在邊界層變化大，在湍流核心區(qū)變化湍流速度分布僅在邊界層變化大，在湍流核心區(qū)變化較小；同樣是湍流較??；同樣是湍流

25、(見圖中見圖中Re=104及及Re=106所對應(yīng)的速所對應(yīng)的速度分布度分布)，Re愈大湍流核心區(qū)速度愈接近于平均速度。愈大湍流核心區(qū)速度愈接近于平均速度。5.5 圓管中的摩擦阻力系數(shù)圓管中的摩擦阻力系數(shù)一、水力光滑和水力粗糙一、水力光滑和水力粗糙 對于充分發(fā)展的管內(nèi)湍流，在靠近固體壁面的一個薄層對于充分發(fā)展的管內(nèi)湍流，在靠近固體壁面的一個薄層內(nèi)，脈動運動受到壁面的限制，流動呈平滑的層流特征，內(nèi)，脈動運動受到壁面的限制，流動呈平滑的層流特征，稱為層流底層。稱為層流底層。 層流底層的厚度層流底層的厚度很薄，很薄， 的數(shù)值依賴于的數(shù)值依賴于Re數(shù)，可用下數(shù)，可用下面的半經(jīng)驗公式來計算：面的半經(jīng)驗公式

26、來計算： 把管壁的粗糙凸出部分的平均高度把管壁的粗糙凸出部分的平均高度叫做管壁的絕對粗叫做管壁的絕對粗糙度，而把糙度，而把/d稱為相對粗糙度。不同管道壁面的絕對稱為相對粗糙度。不同管道壁面的絕對粗糙度粗糙度是不同的。是不同的。0.87534.2dRe30dRe5.5 圓管中的摩擦阻力系數(shù)圓管中的摩擦阻力系數(shù) 當(dāng)當(dāng) 時，見右圖中時，見右圖中a，這時層流底層以外的湍這時層流底層以外的湍流區(qū)完全感受不到管壁流區(qū)完全感受不到管壁粗糙度的影響，流體好粗糙度的影響，流體好像在完全光滑的管像在完全光滑的管子中流動一樣。子中流動一樣。這種情況的管內(nèi)流動稱為這種情況的管內(nèi)流動稱為“水力光水力光滑滑”，相應(yīng)的管道

27、簡稱，相應(yīng)的管道簡稱“光滑管光滑管”。 當(dāng)當(dāng) 時，見圖中時，見圖中b，即管壁的粗糙凸出部分有一部，即管壁的粗糙凸出部分有一部分或大部分暴露在湍流區(qū)中。這時流體流過凸出部分分或大部分暴露在湍流區(qū)中。這時流體流過凸出部分時將引起旋渦，造成新的能量損失，管壁粗糙度將對時將引起旋渦，造成新的能量損失，管壁粗糙度將對湍流發(fā)生影響。湍流發(fā)生影響。這種情況的管內(nèi)流動稱為這種情況的管內(nèi)流動稱為“水力粗水力粗糙糙”，相應(yīng)的管道簡稱，相應(yīng)的管道簡稱“粗糙管粗糙管”。5.5 圓管中的摩擦阻力系數(shù)圓管中的摩擦阻力系數(shù)實驗條件實驗條件: :Red不同直徑不同直徑不同流量不同流量不同相對粗糙度不同相對粗糙度(R e ,)

28、fd二、摩擦阻力系數(shù)二、摩擦阻力系數(shù) 實驗對象：圓管中實驗對象：圓管中 的流體的流體 實驗示意圖見右實驗示意圖見右 通過試驗給出了尼古拉茲實驗曲線的五個區(qū)域通過試驗給出了尼古拉茲實驗曲線的五個區(qū)域 層流區(qū)、過渡區(qū)、層流區(qū)、過渡區(qū)、湍流光滑管區(qū)、湍流粗糙管過渡區(qū)、湍流光滑管區(qū)、湍流粗糙管過渡區(qū)、湍流粗糙管平方阻力區(qū)湍流粗糙管平方阻力區(qū) 尼古拉茲實驗曲線尼古拉茲實驗曲線5.5 圓管中的摩擦阻力系數(shù)圓管中的摩擦阻力系數(shù) a 層流區(qū)：層流區(qū)：沿程阻損系數(shù)與管壁的相對粗糙度無關(guān)，沿程阻損系數(shù)與管壁的相對粗糙度無關(guān)，只只與雷諾數(shù)有關(guān)與雷諾數(shù)有關(guān)。(Re2300); b 過渡區(qū)：過渡區(qū)：可能是層流，也可能是紊流?？赡苁菍恿鳎部赡苁俏闪?。(2300Re4000); c 湍流水力光滑區(qū)：湍流水力光滑區(qū)：沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù) 與相對粗糙度無關(guān)，與相對粗糙度無關(guān)，而只與雷諾數(shù)有關(guān)。而只與雷諾數(shù)有關(guān)。(40