工程流体力学泵与风机第6章--流动阻力和能量损失.ppt

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1、(1)沿程损失的计算范宁公式（J/kg）（m）（Pa）式中沿程阻力系数,为无因次系数；v截面的平均流速，m/s。(2)局部损失的计算（J/kg）（m）（Pa）式中局部阻力系数,为无因次系数。或第二节流体的两种流态一、雷诺实验和流态1883年英国物理学家雷诺（Reynolds）通过大量实验发现，流体的运动有两种不同性质的流动状态，简称流态。能量损失的规律与流态有关。雷诺实验装置的示意图如图所示。实验过程(1)微开阀门C:(2)逐渐开大阀门C:(3)继续开大阀门C:(4)逐渐关小阀门C:有色液是一条

2、界线分明的直线，与周围的清水不相混。vc时，有色细流开始出现波动而成波浪形细线。有色开始抖动、弯曲，然后断裂与周围清水完全混合。实验现象将按相反程序出现，vc小于vc。雷诺实验实验表明（1）当流速不同时，流体的流动具有两种完全不同的流态。湍流(紊流)临界流速vc＞vc。层流(滞流)过渡流（2）两种流态在一定的流速下可互相转变。一般用下临界流速vc作为判别流态的界限，vc也直接称为临界流速。vc:上临界流速vc:下临界流速雷诺实验二、流态的判断依据流体的流动状态不仅与流体的速度v有关，还与流体的黏度、密

3、度ρ和管径d有关。引入无因次准数——雷诺数Re:只要雷诺数相同，流态必然相同。:流体密度，kg/m3；v:截面的平均流速，m/s；d:管内径，m；:流体动力黏度，Pa·s；:流体运动黏度，m2/s。利用雷诺数的大小可判断流体的流态。临界雷诺数Rec:对应于临界流速的雷诺数。Re≤2000时，是层流流动；Re＞2000时，是湍流流动。惯性力黏性力雷诺数=——两种流态Rec稳定在2000～2320，一般取Rec2000。例6-1某低速送风管道，内径d200mm，风速v3m/s，空气温度为40℃。求：（1

4、）判断风道内气体的流动状态；（2）该风道内空气保持层流的最大流速。例6-2某油的黏度为7010-3Pa·s，密度为1050kg/m3，在管径为114mm4mm的管道内流动，若油的流量为30m3/h，试确定管内油的流动状态。第三节圆形管内的速度分布和边界层概念一、流体在圆形管内的速度分布流体流经管道时，在同一截面不同点的速度是不同的，即速度随位置的变化而变化，这种变化关系称为速度分布。当流体在圆形管内流动时，无论是层流还是湍流，管壁上的流速为零，其它部位的流体质点速度沿径向发生变化。离开管壁越远，其速度越

5、大，直至管中心处速度最大。如平板间流速分布1.圆形管内层流速度分布层流一般发生在低流速、小管径的管路中或黏性较大的机械润滑系统和输油管路中。流动的流体在圆管内好像无数层很薄的圆筒，平行的一个套着一个地相对滑动。实验测得层流速度分布呈抛物线状分布，管中心处的流体质点速度最大。管内流体的平均流速v等于管中心处最大流速vmax的二分之一，即：2.圆形管内湍流结构及速度分布(1)圆形管内湍流结构由三部分组成，即：层流底层过渡区湍流核心层流底层厚度b随雷诺数的增大而减小。其厚度一般只有几十分之一到几分之一毫米，但它的存

6、在对管壁粗糙的扰动和传热性能有重大影响，因此不可忽视。湍流时的速度分布与Re值有关，Re越大，湍流核心区内的速度分布曲线越平坦。管内平均流速v与管中心处最大流速vmax的关系一般为：(2)湍流时圆管内速度分布v（0.75～0.9）vmax在层流底层内，流速仍按抛物线分布，速度梯度很大在湍流核心区内，流速按对数规律分布二、边界层的概念以流体沿固定平板的流动为例:xc临界距离层流底层层流边界层:平板前缘附近在平板前缘处:流体以v0流动流过平板壁面时:边界层:v0～0.99v0外流区(主流区):vv0湍流边界

7、层:距平板前缘xc起逐渐加大紧靠板面处1.边界层的形成和发展工程中,常为流体在圆管内流动:流体进入管道前:流速均匀流体刚进入圆管:即形成边界层距管口x0处:边界层汇合于管中心线x0以后:完全发展了的流动随x的增大逐渐加大,形成图示流速分布边界层的形成和发展x0称为进口段长度或稳定段长度层流湍流管内边界层是湍流管内边界层是层流2.边界层分离以流体流过曲柱体壁面为例:B之前:流体质点因流道截面变小而加速减压边界层的一个重要特点是在某些情况下会脱离壁面，称为边界分离。B之后:流体质点减速增压,流速分布不均匀,出

8、现分离面CD局部阻力边界层的外缘分离面CD分离面与壁面之间有流体倒流产生旋涡，产生形体阻力摩擦阻力形体阻力(旋涡阻力)C点为边界层分离点B点为最高点如弯头因固体表面形状而造成第四节流体在管内流动阻力损失的计算一、沿程损失计算1.沿程阻力系数的影响因素流体层流流动时:Re较小，黏性力起主导作用，产生黏性阻力，其值取决于雷诺数Re，而与管壁粗糙度无关。流体流态不同，对流动阻力的影响也不同。