流体力学流动阻力计算.ppt

,授课:陈礼 余华明 使用教材:制冷流体机械,流体性质及静力学基本知识,第一节 沿程损失与局部损失 在均匀流动中，流体只受到沿程不变的切应力，称为沿程阻力。与长度成正比，与管径成反比。 由于流体局部的非均匀流动产生的阻力损失，称为局部阻力损失。 串联管路水头线，测压管水头线,判断：在一直管中流动的流体，其水头损失包括沿程水头损失与局部水头损失。 判断：有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径、长度、边界粗糙度均相等时，则沿程水头损失必然相等。,第二节 两种流态与圆管内的流动,一、层流与紊流 1、层流（laminar flow）的定义 亦称片流，是指流体质点不互相混杂，流体质点作有条不紊的有序的直线运动。 特点： （1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。,一、层流与紊流 2、 紊流（turbulent flow) 亦称湍流，是指随流速增大，流层逐渐不稳定，质点相互混掺，流体质点沿很不规则的路径运动。 特点：1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 2）紊流受粘性和紊动的共同作用。3）水头损失与流速的1.752次方成正比。 （4）在流速较大且雷诺数较大时发生 紊流就是压力表指针不断摆动的原因。 想一想：城市污水管网中的出水口（淹没出流）附近的流体流动属于层流还是紊流？,二、雷诺实验,二、雷诺实验 实验曲线分为三部分： （1）ab段：当时，流动只能是紊流。 （3）bc段：当c时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。,二、雷诺实验 实验结果的数学表达式 层流： m1=1.0, hf=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。 紊流： m2=1.752.0, hf =k2v 1.752.0 ，即沿程水头损失hf与流速的1.752.0次方成正比,三、层流、紊流的判别标准临界雷诺数 上临界雷诺数：层流紊流时的临界雷诺数，它易受外界干扰，数值不稳定。 下临界雷诺数：紊流层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准，它只取决于水流边界的形状，即水流的过水断面形状。 问题1：变直径管流中，细断面直径d1，粗断面直径d2=2d1，则粗细断面雷诺数关系是 当Re2300时将发生湍流。,三、层流、紊流的判别标准临界雷诺数 判断：有两个圆形管道，管径不同，输送的液体也不同，则流态判别数（雷诺数）不相同。 想一想：1.怎样判别粘性流体的两种流态层流和紊流？ 2.为何不能直接用临界流速作为判别流态（层流和紊流）的标准？,例题1,第三节 圆管的沿程损失的计算,一、影响因素 层流 紊流,二、尼古拉兹实验曲线 观看图片 第1区层流区，=f(Re)，=64/Re。 第2区层流转变为紊流的过渡区，=f(Re)。 第3区水力光滑管区，紊流状态，Re4000,=f(Re)。 第4区由“光滑管区”转向“粗糙管区”的紊流过渡区，=f(Re,/d)。 第5区水力粗糙管区或阻力平方区，=f(/d)。水流处于发展完全的紊流状态，水流阻力与流速的平方成正比，故又称阻力平方区。 圆管紊流的流动分区：光滑区、粗糙区、过渡区。,三、管道紊流沿程阻力计算 1、当量糙粒高度的概念 当量粗糙高度，是指和工业管道粗糙管区l值相等的同直径人工粗糙管的粗糙高度。工业管道的“当量粗糙高度”反映了糙粒各种因素对沿程损失的综合影响。 2、莫迪图的概念 3、各种经验公式,圆管流体流动流态特点,四、非圆管道流动沿程损失计算 1、水力半径 液流与固壁接触的周长，称为湿周。 过流断面面积与湿周之比称为水力半径。 问题：半圆形明渠，半径r0=4m，水力半径为：,四、局部损失计算 工程管路系统中的局部损失主要发生在管的出入口、管截面变化部位、弯头和三通、各种阀门等部件中。引起局部能量损失的原因主要是：（1）截面变化引起速度重新分布；（2）流体微团相互碰撞和增加摩擦；（3）流动分离形成涡旋等。大多数部件内流场都十分复杂，难以对局部损失作解析分析，因此一般均由实验测定。 1.局部水头损失hj的一般表达式 式中：局部水头损失系数 想一想：造成局部水头损失的主要原因是什么？,四、局部损失计算 2.突然扩大管道的s的确定,四、局部损失计算 3、管道突然缩小的损失系数s,四、局部损失计算 4、管道进口的损失系数s,四、局部损失计算 5、管道出口的损失系数s 管道突然扩大到水池或容器 为1 考考你： 1.管径突变的管道，当其它条件相同时，若改变流向，在突变处所产生的局部水头损失是否相等？为什么？ 2.局部阻力系数与哪些因素有关？选用时应注意什么？ 3.如何减小局部水头损失？,四、局部损失计算 6、弯管的损失系数s 对同样长度的等截面管，弯管的损失明显大于直管，这是由于在管内产生二次流,增加粘性摩擦及在管内侧出现分离区的缘故。,四、局部损失计算 6、弯管的损失系数s 对同样长度的等截面管，弯管的损失明显大于直管，这是由于在管内产生二次流,增加粘性摩擦及在管内侧出现分离区的缘故。,四、局部损失计算 7、阀门的损失系数s 阀门是控制管内流量的主要部件，按结构分类主要有球阀