热工与流体力学-第10章ppt课件.ppt

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1、第十章流动阻力和能量损失7/28/2021学习导引实际流体在流动过程中必然要克服流动阻力而消耗一定的能量，形成能量损失。能量损失的计算是流体力学计算的重要内容之一，也是本章要着力解决的基本问题。本章将以恒定流为研究对象，从介绍流体流动形态入手，分析不同流态下能量损失产生的规律，最后给出能量损失的常用计算公式与方法。7/28/2021学习要求1.了解流动阻力的两种形式，掌握能量损失的计算式。2.理解雷诺实验过程及层流、湍流的流态特点，掌握流态判断标准。3.了解圆管层流和湍流流速分布规律，了解边界层概念。4.理解湍流的层流底层和粗糙度对流体流动的影响，理解莫迪图中沿程阻

2、力系数λ的变化规律，掌握用莫迪图及公式法确定λ的方法，并能应用范宁公式进行沿程损失计算。5.了解非圆管的当量直径概念，了解非圆管的沿程损失计算方法。6.理解局部损失产生的主要原因，能正确选择局部阻力系数进行局部损失计算。7.了解减小流动阻力的措施。7/28/2021重点与难点本章的重点是雷诺数及流态判断，沿程阻力系数λ的确定，沿程损失和局部损失计算。本章的难点在于:1.层流和湍流的概念较抽象，理解起来有一定难度，结合雷诺实验增加感性认识，理解起来会容易些。2.对莫迪图中的阻力分区和沿程阻力系数λ不同计算公式的应用会有一定难度。对于经验公式只需会用即可，不必对其来源多

3、加探究，也不必对经验公式死记硬背，能根据条件选用公式即可。7/28/2021第一节沿程损失和局部损失能量损失分为两种形式：流体在流动过程中受到流动阻力,由此产生能量损失。流动阻力是造成能量损失的根本原因，而能量损失则是流动阻力在能量消耗上的反映。影响流动阻力的主要因素:沿程损失hf局部损失hj流体的黏滞性和惯性(内因)固体边壁形状及壁面的粗糙度的阻碍和扰动作用(外因)7/28/2021一、沿程阻力与沿程损失沿程阻力:流体在边壁沿程不变的管段（直管段）上流动时所产生;其值沿程均匀分布。沿程损失:为克服沿程阻力产生的能量损失，用符号hf表示，单位为J/kg、kJ/kg。

4、沿程损失hf的大小与流程的长度成正比。7/28/2021二、局部阻力与局部损失局部阻力:流体流过管件，阀门及进出口等局部阻碍时，因固体边壁形状的改变，使流体的流速和方向发生变化，导致产生局部阻力。局部损失:为克服局部阻力产生的能量损失，用符号hj表示，单位为J/kg、kJ/kg。局部损失与管长无关，只与局部管件有关。7/28/2021三、能量损失的计算公式整个管路的总能量损失等于各管段的沿程损失和各处的局部损失的总和，即：以压头损失形式表示以压力降（压力损失）形式表示（J/kg）（m）（Pa）7/28/2021(1)沿程损失的计算范宁公式（J/kg）（m）（Pa）式

5、中沿程阻力系数,为无因次系数；v截面的平均流速，m/s。7/28/2021(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7/28/2021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。7/28/2021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

6、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7/28/2021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。雷诺实验vc:上临界流速vc:下临界流速流体质点互不混合有规则的层状流动。流体质点相互混合无规则的紊乱流动。7/28/2021二、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、密度ρ和管径

7、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。7/28/2021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。7/28/2021例10-1某低速送风管道，内径d200mm，风速v3m/s，空气温度为40℃。求：（1）判断风道内气体的流动状