流體的流動阻力

流體的流動阻力第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日1.牛頓粘性定律第四節(jié)流體的流動阻力

一、流體的粘度uFu=0內(nèi)摩擦力——運(yùn)動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的相互作用力。粘性——流體抵抗相鄰流體層發(fā)生相對運(yùn)動的性質(zhì)稱為流體的粘性。確定流體流動時(shí)內(nèi)摩擦力大小的物理性質(zhì)。粘度——當(dāng)流體流動的速度梯度等于1時(shí)，單位面積上由于流體的粘性所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的大小。粘度的單位未Pa·s(SI制)或P(泊，物理制)。衡量流體粘性大小的物理量。2.非牛頓型流體第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日牛頓型流體與非牛頓型流體特性類型典型舉例特點(diǎn)剪應(yīng)力表達(dá)式

牛頓型流體氣體、水、大多數(shù)液體剪應(yīng)力正比于法向速度梯度非牛頓型流體塑性流體牙膏、泥漿、油墨等剪應(yīng)力超過某臨界值后才能流動，剪應(yīng)力正比于法向速度梯度假塑性流體高分子溶液、油漆等表觀粘度隨速度梯度的增大而降低漲塑性流體塑料溶液，高固體含量的懸浮液等表觀粘度隨速度梯度的增大而增加第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

二、流體流動的類型（層流與湍流）1883年英國著名科學(xué)家雷諾(OsborneReynolds)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)——雷諾實(shí)驗(yàn)第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日流動型態(tài)層流：流速較小時(shí)，可看到一條穩(wěn)定的直線。表明此時(shí)流體各個(gè)質(zhì)點(diǎn)互不混雜，平行于管軸向前運(yùn)動。過渡流：隨著流速的增加，有顏色的直線開始出現(xiàn)波浪。湍流：速度再增大，流體質(zhì)點(diǎn)不僅沿管軸運(yùn)動，而且還做不規(guī)則的橫向運(yùn)動。

第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日45°lgHflguabcdelguclguc′第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日雷諾數(shù)的物理意義

雷諾數(shù)：由影響流型的管徑d、流速u和流體的粘度μ、密度ρ等因素組成的無因次數(shù)群,以Re表示。雷諾數(shù)的物理意義為流體流動時(shí)慣性力與粘性力之比.層流：Re≤2000湍流：Re>2000粘性力：使流體保持層流的趨勢。慣性力：使流體做不規(guī)則的自由運(yùn)動，流動趨于湍流。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日邊界層概念

在工程上，通常把流速為零的壁面到流速等于主體流速u∞的99%處之間的區(qū)域稱為邊界層。

第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

三、邊界層的概念1.邊界層的形成與發(fā)展第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

三、邊界層的概念2.邊界層的分離第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日1.直管阻力損失的計(jì)算通式 第四節(jié)流體的流動阻力

四、直管阻力損失的計(jì)算——范寧(Fanning)公式直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日2.流體層流時(shí)的速度分布和摩擦因數(shù)

第四節(jié)流體的流動阻力

四、直管阻力損失的計(jì)算哈根—泊謖葉(Hagen-Poiseuille)方程第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日3.湍流時(shí)的速度分布和摩擦因數(shù)

第四節(jié)流體的流動阻力

四、直管阻力損失的計(jì)算湍流主體：速度脈動較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動而大大強(qiáng)化；過渡層：分子粘度與湍流粘度相當(dāng)；層流內(nèi)層：速度脈動較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運(yùn)動。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日（1）湍流時(shí)的速度分布第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計(jì)算第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圓管內(nèi)層流與湍流的比較項(xiàng)目層流湍流剪應(yīng)力速度分布平均速度動能第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計(jì)算（2）湍流時(shí)的摩擦因數(shù)第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日常見工業(yè)管道的絕對粗糙度金屬管e/mm非金屬管e/mm無縫黃銅管、銅管及鋁管0.01～0.05干凈玻璃管0.0015～0.01新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管0.1～0.2橡皮軟管0.01～0.03新的鑄鐵管0.3木管道0.25～1.25具有輕度腐蝕的無縫鋼管0.2～0.3陶土排水管0.45～6.0具有顯著腐蝕的無縫鋼管0.5以上很好整平的水泥管0.33舊的鑄鐵管0.85以上石棉水泥管0.03～0.8第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計(jì)算3.湍流時(shí)的摩擦因數(shù)

因次分析法第一步：析因試驗(yàn)——尋找影響過程的主要因素第二步：無因次化——減少變量數(shù)第三步：數(shù)據(jù)處理——實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確表達(dá)第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日摩擦系數(shù)λ雷諾數(shù)Re相對粗糙度ε/d0.0000010.000010.000050.00020.00060.0020.0060.010.020.05光滑管層流湍流完全湍流過渡區(qū)第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計(jì)算

3.湍流時(shí)的摩擦因數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式Re=(5～100)×103柏拉修斯（Blasius)公式Re=(4～105)×103e/d=1×10-6～0.05柯爾布魯克（Colebrook)公式第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日1.阻力系數(shù)法將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。

第四節(jié)流體的流動阻力

五、局部阻力局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。

2.當(dāng)量長度法將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力。第二十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日常見管件及閥門的阻力系數(shù)及當(dāng)量長度[53]名稱zle/d名稱zle/d45?標(biāo)準(zhǔn)彎頭0.3517閘閥(全開)0.17990?標(biāo)準(zhǔn)彎頭0.7535閘閥(半開)4.