流体在圆管内流动时的阻力计算(总)课件.ppt

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1、速度分布为抛物线形状。管中心的流速最大；速度向管壁的方向渐减；靠管壁的流速为零；平均速度为最大速度的一半。平均速度12速度分布有两个区域：中心(较平坦);近管壁(速度梯度很大);u壁=0.3近管壁有层流底层δ；4中间为湍流区；5v越大，层流底层越薄；特点：湍流滞流由于质点的强烈碰撞与混合，湍流时速度分布至今尚未能够以理论导出，通常将其表示成经验公式或图的形式。3、流体在圆管中湍流时的速度分布1、边界层的概念粘性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中，而在这一薄层外粘性影响很小，这一薄层称为边界层。通常将流体速度低于未受壁面影响的流速的99%的区域称为边

2、界层。五、边界层v0vv0v层流内层湍流边界层xδ层流边界层y边界层界线v0主流区湍流时的滞流内层和缓冲层滞流内层或滞流底层缓冲层或过渡层湍流主体边界层的基本特征（2）边界层内沿厚度方向，存在很大的速度梯度。（3）边界层厚度沿流体流动方向是增加的。（1）与物体的特征长度相比，边界层的厚度很小,.（4）边界层内的流态，也有层流和紊流两种流态。在湍流边界层里，靠近壁面处仍有一薄层滞流内层。（5）滞流内层的厚度虽不大，但成为传热传质的主要阻力。把流动流体分成两个区域这样一种流动模型，将粘性的影响限制在边界层内，可使实际流体的流动问题大为简化，并且可以用理想的

3、方法加以解决。实验证明，层流速度的抛物线分布规律要流过一段距离后才能充分发展成抛物线的形状。当液体深入到一定距离之后，管中心的速度等于平均速度的两倍时，层流速度分布的抛物线规律才算完全形成。尚未形成层流抛物线规律的这一段，称为层流起始段。光滑管稳定段长度：l＝（0.05～0.06）d·Rel滞流边界层2、层流边界层的形成3、曲面边界层分离现象当不可压缩粘性流体流过平板时，在边界层外边界上沿平板方向的速度是相同的，而且整个流场和边界层内的压强都保持不变。当粘性流体流经曲面物体时，边界层外边界上沿曲面方向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压强也将同样发生变

4、化，对边界层内的流动将产生影响，发生曲面边界层的分离现象。在实际工程中，物体的边界往往是曲面（流线型或非流线型物体）。当流体绕流非流线型物体时，一般会出现下列现象：物面上的边界层在某个位置开始脱离物面，并在物面附近出现与主流方向相反的回流，流体力学中称这种现象为边界层分离现象。（1）当流速较小时流体绕固体表面的流动：流体贴着固体壁缓慢流过，（爬流）x（2）流速不断提高，达到某一程度时，边界层分离Avmin=0，pmax；停滞点，驻点BvmaxpminCvmin=0，pmax；新停滞点，分离点分离面空白区，涡流区A→B加速减压B→C减速加压旋涡流体质点进

5、行着强烈的碰撞与混合而消耗能量，这部分能量损耗是由于固体表面形状而造成边界层分离而引起的，称为形体阻力。边界层分离→大量旋涡→消耗能量→增大阻力在流体输送中应设法避免或减轻边界层分离，措施：选择适宜的流速，改变固体的形体。由于边界层分离造成的能量损失，称为形体阻力损失如汽车、飞机、桥墩都是流线型在传热、传质混合中应加以利用。（a）流线形物体；（b）非流线形物体边界层外部流动外部流动尾迹外部流动外部流动尾迹边界层第四节流体在圆管内流动时的阻力计算本节是在上节讨论管内流体流动现象基础上，进一步讨论柏努利方程式中能量损失的计算方法。流体具有粘性，流动时存在着

6、内摩擦，它是流动阻力产生的根源；固定的管壁或其他形状固体壁面促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力产生的原因与影响因素可以归纳为：流体在管路中流动时的阻力有两种：2、局部阻力——粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力与形体阻力之和。流体流径管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所产生的阻力。1、直管阻力——流体流径一定管径的直管时，因流体内摩擦而产生的阻力。表皮阻力或摩擦阻力。vp2p1Frrwl1122P1=p1A1=p1πr2因为流体在等径

7、水平管内作稳定流动，所以∑Fx=0，即：外表面上的剪应力(摩擦力)：P2=p2A2=p2πr2流体在半径为R的水平管中作稳定流动。在流体中取一段长为l，半径为r的流体圆柱体。在水平方向作用于此圆柱体的力有两端的总压力(P1-P2)及圆柱体周围表面上的内摩擦力F。一、滞流时的摩擦阻力积分泊肃叶公式vP1dFFP211‘22‘l则能量损失：式中：—摩擦系数，=64/Re例:某油在一圆形导管中作滞流稳态流动，现管径和管长都增加一倍，问在流量不变时，直管阻力为原来的多少？解：例：某日化厂原料油在管中以层流流动，流量不变，问：（1）管长增加一倍，（2）管径增

8、加一倍，（3）油温升高使粘度为原来的1／2（设密度变化不大）。三种情况下摩擦阻力变化情况。解：