流体流动阻力ppt课件.ppt

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1、§4流体在管内的流动阻力一.直管阻力流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力。二.局部阻力流体流经管件、阀门等局部地方而引起的阻力,它由两部分组成：摩擦阻力和形体阻力。总阻力＝直管阻力＋局部阻力1设流体在水平等径直管中作定态流动，则有一.直管阻力hf1.水平直管阻力与压强差的关系因此柏努利方程简化为即流体流过一段水平等径直管的阻力损失等于其静压能的降低。22.计算直管阻力的通式由于压力差而产生的推动力：作用于流体柱表面上的摩擦阻力：定态匀速流动时，二力平衡：分析流体在一段长为l、直径为d的水平直管内稳态流动时的受力情况。（方向向右）（方向向左）则直管阻力为：

2、3或者写成令——直管阻力通式——摩擦系数（无因次）则4直管阻力的其它表示方式单位重量流体的阻力损失，称为压头损失单位体积流体的阻力损失，称为因流动阻力引起的压强降注意：与的区别：（m）（Pa）一般情况下由柏努利方程决定：对一段水平等径直管有：53.管壁粗糙度对阻力损失和摩擦系数的影响光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。管壁粗糙度的两种表示：层流时，流体质点有规则地流过管道壁面（包括凸凹不平的地方），与管壁无碰撞，因而阻力损失、摩擦系数都与粗糙度无关。绝对粗糙度ε（m）：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度ε/d:绝对粗糙度与管内径的比值

3、。6（2）δL＜ε，如粗糙管，这时流体质点与管壁凸出部分发生碰撞，阻力损失和摩擦系数都与粗糙度有关。湍流时，紧靠管壁有一层层流内层，其厚度δL与管壁绝对粗糙度ε相比有两种可能：（1）δL＞ε，如光滑管，这与层流类似，摩擦系数与粗糙度无关。74.层流时摩擦系数——理论公式水平直管内层流时，前面已得到又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程则或即层流时阻力损失与流速的一次方成正比。8hf可变换为：与直管阻力的通式比较得层流时的摩擦系数9湍流时流动阻力除由于流体的粘性所引起的内摩擦力外，还由于流体内部存在旋涡而引起所谓的涡流应力，总应力可表示为：e为涡

4、流粘度，它不是流体的物理性质，而与流体的流动状况有关，目前还无法计算，所以还不能从理论上推导湍流时的摩擦系数公式。解决办法：通过实验建立经验公式或作出图表。5.湍流时摩擦系数10因次分析法目的：将变量组合为无因次数群，如Re，从而减少实验工作量，并使结果具有较普遍的适用性。依据：因次一致性原则，即一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且应具有相同的因次。基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N＝n－m个独立的无因次数群表示。11湍流时阻力损失的影响因素：(a)流体性质：，(

5、b)流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）(c)流动条件：u所以物理变量：n＝7基本因次：m＝3（长度、质量、时间）无因次数群；N＝n－m＝4——即该过程可用4个无因次数群表示12无因次化处理后得式中：——欧拉（Euler）准数——雷诺准数——管道的几何尺寸比值——相对粗糙度13根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即或则因次分析表明λ只是Re和ε/d的函数，因而大大减少了实验工作量。实验结果如下图（双对数坐标）所示。14p5415完全湍流区（阻力平方区）湍流区过渡区16（1）层流区（Re≤2000）λ与Re为直线关系（双对数坐标）：阻力损失与流速的一次方成正

6、比。由图可见存在四个不同的区域：（2）过渡区（2000

7、管内流体流动阻力损失定义当量直径：（1）对套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2（2）对边长分别为a、b的矩形管20非圆形管Re与hf中的直径用de代替，但求流速时须用实际流通面积计算,即（1）层流时λ：（2）湍流时λ：查图或用经验公式常数C随非圆形管的形状变，如正方形C＝57，套管环隙C＝96等。21p55【例1—19】一（水平）套管换热器，内管和外管均为光滑管，直径分别为φ30×2.5mm和φ56×3mm。平均温度为40℃的水以每小时10m3的流量流过套管的环隙。试估算水通过环隙时每米管长（因阻力损失引起）的压强降。冷流体t1t2热流体T1T222二.局

8、部阻力流体