流體流動(dòng)湍流阻力損失

流體流動(dòng)湍流阻力損失第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日本節(jié)主要內(nèi)容：經(jīng)驗(yàn)公式莫狄圖1、管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響

2、量綱分析法(因次分析法)

3、湍流摩擦系數(shù)的求算第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，管壁的粗糙度對阻力、能量的損失有較大的影響。絕對粗糙度：管壁粗糙部分的平均高度。相對粗糙度

/d：絕對粗糙度與管道直徑的比值。duε1、管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日材料與加工精度；光滑管：玻璃管，銅管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。使用時(shí)間；絕對粗糙度可查表或相關(guān)手冊。

粗糙度的產(chǎn)生第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日duδbbεδb>ε層流運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)速度較慢,與管壁碰撞不大，因此對阻力、摩擦系數(shù)無影響，只與Re有關(guān)。層流時(shí)，在粗糙管的流動(dòng)與在光滑管的流動(dòng)相同。

粗糙度對摩擦系數(shù)的影響第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日δb<εδb>εδb<εεdδbuduδbbεδb>ε，Re

δb

質(zhì)點(diǎn)通過凸起部分時(shí)產(chǎn)生漩渦能耗對摩擦系數(shù)有影響。湍流運(yùn)動(dòng)阻力與層流相似，此時(shí)稱為水力光滑管。第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)流體的直管阻力為：為阻力系數(shù)，湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力ΣWf在形式上與層流相同。第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

依據(jù)一定的原則，將幾個(gè)變量組合成一個(gè)無因次數(shù)群。用無因次數(shù)群代替原來若干變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以得到可應(yīng)用的公式。這一方法稱為量綱分析方法。2、量綱分析法(因次分析法)什么是量綱分析方法？第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

因某些研究問題過于復(fù)雜，以至不能建立數(shù)學(xué)表達(dá)式或難以用數(shù)學(xué)方法求解。轉(zhuǎn)而用實(shí)驗(yàn)方法。引入量綱分析方法可使實(shí)驗(yàn)變量減少、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)過程得以簡化。為什么要用量綱分析方法？第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

量綱分析法的基礎(chǔ)是：因次一致性的原則和π定理。

2、量綱分析法(因次分析法)因次一致性的原則：一個(gè)能合理反映物理現(xiàn)象的方程，其等號兩邊不僅數(shù)值相等，而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的因次。量綱分析方法的原理第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

設(shè)影響某現(xiàn)象的物理量為n個(gè)，這些物理量的基本因次為m個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用N=n-m個(gè)獨(dú)立的無因次數(shù)群的冪函數(shù)表示，此即為π定理。此類無因次數(shù)群稱為準(zhǔn)數(shù)。

第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日摩擦系數(shù)的影響因素可用以下的一般式表示：也可寫成冪指數(shù)形式：第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日利用量綱分析法式中六個(gè)物理量的因次分別為：

（1）

第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日整理，得：將上面六個(gè)式代入（1）式，得：第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)因次一致性原則，得：第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日將方程解代入原方程（1）整理，得：（1）

第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

λ只與兩個(gè)無因次數(shù)群有關(guān)。湍流摩擦阻力系數(shù)的通式：第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日光滑管（1）柏拉修斯(Blasius)式：3、湍流摩擦系數(shù)的求算經(jīng)驗(yàn)公式適用范圍：常見的幾種解析式有：第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（2）顧毓珍公式：

適用范圍：第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（3）尼庫拉則與卡門公式：適用范圍：第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日粗糙管（1）顧毓珍公式：

適用范圍：第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日粗糙管（2）尼庫拉則公式：

適用范圍：達(dá)到完全湍流第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日莫狄圖

(1)層流區(qū)

(2)過渡區(qū)

(3)湍流區(qū)(4)完全湍流區(qū)(阻力平方區(qū))第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日滯流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)完全湍流，粗糙管光滑管Re/d摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系(雙對數(shù)坐標(biāo))第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日圓管A—管道截面積—浸潤周邊長度當(dāng)量直徑法：ab矩形管Rr環(huán)形管4.流體在非圓直管中的阻力第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

流體流經(jīng)管件時(shí)，其速度的大小、方向等發(fā)生變化，出現(xiàn)漩渦，內(nèi)摩擦力增大，形成局部阻力。常見的局部阻力有：突擴(kuò)突縮彎頭三通四、局部阻力第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

由局部阻力引起的能耗損失的計(jì)算方法有兩種：阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。為局部阻力系數(shù)。由實(shí)驗(yàn)得出，可查表或圖。4.1阻力系數(shù)法第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日1).突擴(kuò)管和突縮管常見局部阻力系數(shù)的求法：2).進(jìn)口和出口進(jìn)口：容器進(jìn)入管道，突縮。A小/A大0，=0.5出口：管道進(jìn)入容器，突擴(kuò)。A小/A大0，=1.0突擴(kuò)管第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

le為當(dāng)量長度。將流體流經(jīng)管件時(shí)，所產(chǎn)生的局部阻力折合成相當(dāng)于流經(jīng)長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力。le由實(shí)驗(yàn)確定，可查表。4.2當(dāng)量長度法第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

強(qiáng)調(diào)：在計(jì)算局部阻力損失時(shí)，公式中的流速u均為截面積較小管中的平均流速。五、管道總阻力第三十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日例如圖所示輸水系統(tǒng)，已知管路總長度（包括所有當(dāng)量長度，下同）為100m，壓力表之后管路長度為80m，管路摩擦系數(shù)為0.03，管路內(nèi)徑為0.05m，水的密度為1000kg/m3，泵的效率為0.8，輸水量為15m3/h。求：（1）整個(gè)管路的阻力損失，J/kg；（2）泵軸功率，kw.H=20mH1=2m第三十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日解：（1）整個(gè)管路的阻力損失，J/kg；由題意知，

（2）泵軸功率，kw；在貯槽液面0-0′與高位槽液面1-1′間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，有：