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動力傳遞與流動阻力導(dǎo)論演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有33頁\編輯于星期五(優(yōu)選)第五節(jié)動力傳遞與流動阻力導(dǎo)論現(xiàn)在是2頁\一共有33頁\編輯于星期五(動量濃度)所以(動量濃度梯度)現(xiàn)在是3頁\一共有33頁\編輯于星期五在渦流動量通量里動量通量=動量擴(kuò)散系數(shù)×動量濃度梯度ε稱為渦流黏度,是湍動程度和管路形狀、位置等的函數(shù)?!玖鲃幼枇Ξa(chǎn)生的機(jī)理】流動阻力產(chǎn)生的原因在于:流體具有黏性,流動時存在內(nèi)摩擦現(xiàn)象,這是流動阻力產(chǎn)生的根本原因(內(nèi)因);流體與其相接觸的固體壁面之間的作用,促使流體內(nèi)部發(fā)生相對運(yùn)動,提供阻力產(chǎn)生的條件(外因)。因而,流動阻力產(chǎn)生的大小與流體的性質(zhì)、流動類型、流過距離、壁面形狀等有關(guān)?,F(xiàn)在是4頁\一共有33頁\編輯于星期五【VelocityDistributioninPipe
(流體在圓管內(nèi)的速度分布
)】Whetherlayerfloworturbulentflow,thevelocityoffluidmassponitflowinginapipechangeswithdistancebetweenthemasspointandthepipecenterline—velocitydistribution
(速度分布).Generally,thevelocityofmassponitatpipewallisdeemedtobezero.Thenearerthemasspointtothe
pipecenterline,thefasteritmoves.ForLayerFlowThedistributionofvelocityisparabolicintheradialdirection.Thevelocityhasthelargestvalueatthepipecenter.
Meanvelocityishalfthemaximumvelocity,that現(xiàn)在是5頁\一共有33頁\編輯于星期五ForTurbulentFlowmasspointsvigorouslymixandcollideeachother,whichallowvelocitydistributiontobecomeuniformThegreaterthe
valueofRe
,theflatterthecurvetop.Owingtothevigorousmixingandcollisionbetweenmassponits,theflowresistanceinturbulentflowismuchlargerthanthatinlayerflow.
Thevelocitynearthewalldropssuddenly.現(xiàn)在是6頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.1.2管內(nèi)流動阻力的分類直管阻力:
resistancelosscausedbyinternalfrictionwhenfluidflowsthroughastraightpipe,denotedbyhf.gowiththewholeflowprocess,alsocalledon-wayresistancetotalresistance
Sometimes,theresistanceloss
couldbeexpressedaspressuredrop
(壓強(qiáng)降),
Differingfrom
Δp,Δpf
isnotinvolvedin
energyconversion.Localresistance(局部阻力):
resistancelosscausedby
when
fluidflowsthrough
pipefitting,valves,sectiononsuddenlyshrunkenandexpanded
andotherlocalplaces,denotedby
hj.現(xiàn)在是7頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.1.3計(jì)算直管阻力的通式Whensteady-stateflowingthedrivingforce
=thefrictionalresistancethatTheequationabove
showsthatinternalfrictionchangeslinearlyintheradiusdirectionwhenfluidflowsinapipe.
foranarbitraryfluiddifferentialunitwithlengthLandradiusr,itsforceanalysisthesamedirectiondrivingforce:frictionalresistance:oppositedirection
現(xiàn)在是8頁\一共有33頁\編輯于星期五Whenfluidflowsinahorizontalandequal-diameterstraightpipe,
ΔpisnumericallyequaltotheresistancelossΔpfcausedby
internalfriction(內(nèi)摩擦力).
Atthewall,r=ri=d/2,theequationabovecanbeconvertedto
τs
—
fluidshearingstrengthatthewall
現(xiàn)在是9頁\一共有33頁\編輯于星期五soTheequationaboveis
relationexpressionsbetweentheresistancelossandfrictionstress.τisrelatedtotheflowpattern.kineticenergy
u2/2hasthesameunitas
hf,sohfcanbeexpressedascertain
multiples
of
u2/2.letor現(xiàn)在是10頁\一共有33頁\編輯于星期五generalformulaofcalculationofstraightpiperesistance,calledFanningequation
(范寧公式
)λ—frictioncoefficient,dimensionless,it’srelatedtotheflowpatternandroughnessofpipewall.and1.5.2圓管內(nèi)的穩(wěn)態(tài)層流1.5.2.1速度分布Newton'slawofviscosity
現(xiàn)在是11頁\一共有33頁\編輯于星期五onintegrating穩(wěn)態(tài)流動
velocitydistributioninlayerflow現(xiàn)在是12頁\一共有33頁\編輯于星期五let
r=0anotherformof
velocitydistribution
inlayerflow
foranannularfluiddifferentialunitwiththickness
dr1.5.2.2層流時的摩擦系數(shù)annularsectionarea
現(xiàn)在是13頁\一共有33頁\編輯于星期五totalflowinpipevolumeflowrateofthedifferentialunit
meanvelocityatacross-section
soHagon-Poiseuilleequation
(哈根-泊謖葉方程)現(xiàn)在是14頁\一共有33頁\編輯于星期五soFanningfrictionfactor(范寧摩擦因子)
comparedwithFanningequation
現(xiàn)在是15頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.3圓管內(nèi)的湍流1.5.3.1管內(nèi)粗糙度對摩擦系數(shù)的影響pipewallconditionisrepresentedinroughness.dabsoluteroughness
(絕對粗糙度e),averageheightofwallbulgerelativeroughness(相對粗糙度e/d),ratioofabsoluteroughnesstopipediameterⅠ.Forlayerflowλisindependentofevalueroughness
doesnotaffectflowresistance現(xiàn)在是16頁\一共有33頁\編輯于星期五Ⅱ.Forturbulentflow
laminarbottom(層流內(nèi)層)δb①
e
<δbλisalsoindependentofevaluehydraulicsmooth(水力光滑)②
e
>δbThelargerthevalueofReandthesmallerthevalueofδb,
themoresignificanttheeffectofe
onλ.現(xiàn)在是17頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.3.2湍流時的摩擦系數(shù)
Dimensionalanalysismethod(因次分析法)—serveralphysicalquantities
arecombinedintooneormoredimensionlessgroups
(無因次數(shù)群)bydimensionlesstreatment
(無因次化),thentherelationbetween
dimensionlessgroups
aresetupwithhelpofexperiments.Buckinghamstheorem(白金漢定理)
WhereN=n–m,m—
numbersofthefundamentaldimension
現(xiàn)在是18頁\一共有33頁\編輯于星期五Exampledimensionofvariousphysicalquantitiesfundamentalphysicalquantities—mass,lengthandtime
dimensionoffundamentalphysicalquantities—massM,lengthLandtimeθ
Theequationabovecanbeexpressedasapowerfunction
現(xiàn)在是19頁\一共有33頁\編輯于星期五dimensionequation
(因次方程)現(xiàn)在是20頁\一共有33頁\編輯于星期五ThevaluesofK,b,kandqneedtobedeterminedthroughtheexperiments.
①Blasiusformula(柏拉休斯公式)theappliedrange,
Re=3×103~1×105Ⅰ.Forsmoothpipe(光滑管)現(xiàn)在是21頁\一共有33頁\編輯于星期五②Guyuzhenformula(顧毓珍公式)
Re=3×103~3×106Ⅱ.Forroughpipe(粗糙管)
Colebrookformula(柯爾布魯克公式)
Moodyplot
(摩擦系數(shù)圖—莫迪圖)現(xiàn)在是22頁\一共有33頁\編輯于星期五現(xiàn)在是23頁\一共有33頁\編輯于星期五現(xiàn)在是24頁\一共有33頁\編輯于星期五現(xiàn)在是25頁\一共有33頁\編輯于星期五現(xiàn)在是26頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.3.4非圓形直管的摩擦阻力Replacecircularpipediameter(d)
withequivalentdiameter(de)
例:一套管換熱器,內(nèi)管與外管均為光滑管,尺寸分別為φ30×2.5mm與φ56×3mm。平均溫度為40℃的水以10m3/h的流量流過套管環(huán)隙。求每米管長的壓力降。水在40℃時:ρ
=992kg/m3,μ=65.6×10-5Pa·ssofromMoodyplotλ=0.0196現(xiàn)在是27頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.4邊界層與局部阻力的概念1.5.4.1邊界層(boundaryLayer)邊界層—aflowlayerinwhichvelocitygradientexists
Flowresistanceisdeemedtoconcentratemainlyintheboundarylayer.現(xiàn)在是28頁\一共有33頁\編輯于星期五1.5.4.2局部阻力
(localresistance)Ⅰ.阻力系數(shù)法
(resistancecoefficientmethod)①突然擴(kuò)大現(xiàn)在是29頁\一共有33頁\編輯于星期五②突然縮小inletexit
現(xiàn)在
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