流体在管内的流动阻力ppt课件.ppt

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1、1.4流体在管内的流动阻力1.4.1流体流动的型态1.4.2边界层概念1.4.3流体流经管路的阻力损失1.4.4直管阻力损失1.4.5局部阻力损失1.4.6总管路阻力损失1.4流体在管内的流动阻力1.4.1流体流动的型态雷诺实验（一）雷诺实验及流体流型流体的流型层流，或者滞流湍流，或者紊流1883年英国雷诺过渡流：不稳定流层流：流体质点很有秩序地分层顺着轴线平行流动，不产生流体质点的宏观混合。湍流：流体质点沿管轴线方向流动的同时还有任意方向上的湍动（占主要地位），因此空间任意点上的速度都是不稳定的，大小和方向不断改变。过渡流：流体质点在管路轴

2、向和径向上有着相当的运动强度。此流动形态可能发展为层流亦可能发展为湍流。后者的可能性更大。1.4流体在管内的流动阻力湍流流体的流速波形反映了湍动的强弱与频率，同时也说明宏观上仍然有一个稳定的时间平均值。其它参数如温度、压强等也有类似性质。1.4流体在管内的流动阻力（二）流型的判别依据——雷诺数雷诺准数：流型判别：Re≤2000稳定的层流区2000＜Re＜4000由层流向湍流过渡区Re≥4000湍流区影响因素：流速u、流体密度ρ、粘度μ、管径d1.4流体在管内的流动阻力雷诺数Re的物理意义：流体剪应力（粘性力）：使流体保持有序的层流流动流体惯性

3、力：使流体质点作无序的自由运动u↑→惯性力主导→湍流程度↑ρ↑→惯性力↑→湍流程度↑μ↓→粘性力↓→湍流程度↑1.4流体在管内的流动阻力1.4.2边界层概念（一）平壁边界层的形成及其发展定义：通常把从流速为0的壁面处至流速等于主体流速u0的99%处之间的区域称为边界层。湍流边界层边界层界限u0yu0层流边界层层流底层xu01.4流体在管内的流动阻力发展：x较小→边界层厚度δ较小→u较小→层流边界层；x↑→δ↑→u↑→湍流↑→湍流边界层；但层流底层（层流内层）始终存在。1.4流体在管内的流动阻力边界层内流体的流型可由Rex=xu0ρ/μ值来决定

4、，对于光滑的平板壁面，当Rex≤2×10５时，边界层内的流动为滞流；当Rex≥3×10６时，为湍流；Rex值在2×10５～3×10６的范围内，可能是滞流，也可能是湍流。厚度：对于滞流边界层：对于湍流边界层(5×10５

5、阻力进口段长度x0：层流时：u为管截面的平均流速。层流内层厚度δb：Re<10时：Re值愈大，滞流底层厚度愈薄如在内径d为100mm的导管中，Re=1×104时，δb=1.95mm；当Re=1×105时，δb=0.26mm。1.4流体在管内的流动阻力测量点位置：滞流时：取x0=(50～100)d湍流时：取x0=(40～50)d（三）圆柱和球体的边界层——边界层的分离1.4流体在管内的流动阻力正常情况下流体流动情况（三）圆柱和球体的边界层——边界层的分离倒流分离点u0DAC’CBx1.4流体在管内的流动阻力AB：流道缩小，顺压强梯度，加速减压B

6、C：流道增大，逆压强梯度，减速增压CC’以上：分离的边界层CC’以下：在逆压强梯度的推动下形成倒流，产生大量旋涡，产生形体阻力或漩涡阻力1.4流体在管内的流动阻力C’驻点分离点边界层1.4流体在管内的流动阻力故：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。两者之和又称为局部阻力。流体流经管件、阀门、管子进出口等局部的地方，由于流动方向和流道截面的突然改变，都会发生上述的情况。1.4流体在管内的流动阻力流体通过管束时的情况1.4.3流体流经管路的阻力损失1.4流体在管内的流动阻力总阻力损失：直管阻力：由于流体的内摩擦而产生的阻力；局部阻

7、力：流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。1.4流体在管内的流动阻力有外功加入的实际流体的柏努利方程式为：上式各项乘以流体密度ρ，并整理得：1.4流体在管内的流动阻力定义：ΔPf=ρ∑hf，流体因为流动阻力而引起的压强降。上式说明，ΔPf并不是两截面间的压强差ΔP。在一般情况下，二者在数值上不相等。只有当流体在一段既无外功加入、水平等径管内流动时，因We=0，ΔZ=0，Δu2/2=0，才能得出两截面间的压强差ΔP与压强降ΔPf在数值上相等。1.4流体在管内的流动阻力1.4.4直管阻力损失（一）计算通式因摩

8、擦阻力而引起的压力降：流体的比能损失：流体的压头损失：PaJ/kgm范宁公式λ是无因次的系数，称为摩擦阻力系数。1.4流体在管内的流动阻力（二）层流时的速度分布和摩