13流体流动流体阻力的计算.pptVIP

湍流流动时通过截面积 dA 的流体体积流量 dV 为: 积分得 5 平均流速 由以上分析可知， ū / u max 随 n 值的增大而增加，由于 随 Re 的增大 n 值在 6-10 之间变化，因此 ū / u max 在 0.791~0.865 之间。通常，流体在圆管内达到完全湍流流动 (Re＝1 ×10 左右) 时，其平均流速约为最大流速的0.82 倍。 湍流流动中存在层流底层，层流底层的厚度 δ尽管很 薄，通常只有几分之一毫米，但它对湍流流动的阻力损失 和流体与壁面间的传热等物理现象有着重要的影响，且这 种影响与管子的相对粗糙程度有关。 将管道壁面的凸出部分的平均高度称为管壁绝对粗糙 度，以 ε表示；而将绝对粗糙度与管径的比值 ε/d 称为管壁 的相对粗糙度。按照管道的材质种类和加工方法，大致可 将管道分为光滑管与粗糙管。通常把玻璃管、钢管、塑料 管等列为光滑管；将钢管、铸铁管等列为粗糙管。 因此，在阻力损失的计算中，不但要考虑雷诺数的大 小，还要考虑管壁相对粗糙度的大小。 粗糙度是如何表示的？ 管壁粗糙度对阻力系数 的影 响首先是在人工粗糙管中测定的。 人工粗糙管是将大小相同的砂 粒均匀地粘着在普通管壁上，人为 地造成粗糙度，其粗糙度可以精确 测量。 无缝黄铜管、铜管及铅管 0.01—0.05 干净玻璃管 新的无缝钢管、镀锌铁管 0.1—0.2 橡皮软管 新的铸铁管 0.3 木管道 具有轻度腐蚀的无缝钢管 0.2—0.3 陶土排水管 具有显著腐蚀的无缝钢管 0.5以上 很好整平的水泥管 工业管道内突出物高低不同，难以精确测量，只能 通过实验测定阻力系数并计算 值，然后求出相当的相 对粗糙度，称为实际管道的当量相对粗糙度 / d 。由当 量相对粗糙度可以求出当量的绝对粗糙度 。 管道类别 绝对粗糙 管道类别 绝对粗糙度 度 ，mm 0.0015—0.01 0.01—0.03 金 非 0.25—1.25 金 0.45—0.6 0.33 属 旧的铸铁管 0.85以上 石棉水泥管 0.03—0.8 属 ◆湍流时的摩擦系数—因次分析法的应用 也称量纲分析法。 湍流流动情况比层流流动复杂得多，因此湍流时的摩 擦系数不能像层流那样完全用理论分析法推导出计算 公式。 由于影响因素众多，因此实验量巨大，难以建立简单 公式。 ·解决办法：首先通过实验分析确定影响过程主要因 素( 变量或参数) ；再用因次分析法、相似论等方法 将诸影响因素间的关系转换为少数几个独立的无因 次数群间的函数关系，最后通过实验建立无因次数 群之间的具体关系式。 因次分析法的理论基础 ·因次分析法的基础是因次一致性原则 和 π定理 什么是因次一致性原则 ·任何一个物理方程式两边或方程式中的每一项均具 有相同的因次，此即为因次一致性或因次和谐性。 ·任何物理方程式都可以转化为无因次形式。 什么是 π定理 ·指任何一个物理方程式必可转化为以无因次数群的 函数关系式代替原物理方程式，而无因次数群( πi) 的 个数 i 等于原物理方程式中的变量( 参数) 数 n 减去 所用到的基本因次数 m 。 i = n - m * 化 工 原 理 Reporter 第一章 流体流动 主 要 内 容 1 基础知识 2 流体静力学 3 流体动力学 4 流体流动的类型 5 流体流动阻力的计算 6 管路计算 7 流量测量 流体流动的类型 ◆雷诺实验 为了直接观察流体流动的类型及各种因素对流 动状况的影响，英国著名科学家雷诺(Reynolds) 于1883年首先作了一个如图所示的实验，揭示 了流体流动的两种截然不同的流动型态，故称 此实验为雷诺实验。 当水的流速较小时，玻璃管水流中出现一条稳定而明 显的染色直线。表明流体质点沿管轴作直线运动，即流体 分层流动，且各层流体以不同的速度向前运动，把这种流 型称为层流或滞流； 水的流速逐渐加大到一定程度后，染色细线开始弯曲 并出现波浪形。表明流体质点不但沿管轴向前运动，而且 开始有径向运动。当水流速度增大到某一临界值时，染色 细线完全消失，与水流主体完全混成均匀的颜色。表明流 体质点在总体上沿管路向前运动外，还有各个方向上的随 机运动，把这种流型称为湍流或紊流。 尽管湍流在流速快的部分有很强的径向混合，但在靠 近壁的地方，流体流速很慢（原因是什么？） ，在壁面上 的流体则流速为0 ，这一部分流体层面很薄，常被称为层 流底层（层流内层）。 层流底层与湍流层交界部分称为过渡区。 ◆边界层及边界层脱体 边界层如何形成 ·在层流中： 边界层界限 层流边界层 湍流边界层 层流内层（层流底层） ·圆管入口边界层的发展 入口段 ·边界层的分离（脱体）现象：自学 ◆流型的判据──雷诺数 如何知道流型是层流还是湍流？ 雷诺发现，除了流体的流速可引起流动型态的 转变