8-第三节流体在管内的流动阻力

1、备课时间授课时间授课课时2授课形式讲授授课章节名称A章流体流动第二节流体在管内的流动阻力 四、流体在圆管内流动时的速度分布 五、流动阻力的计算教学目的1、流体内部质点的运动方式。2、流体在圆管内的速度分布。3、滞流与湍流的比较。4、直管阻力的计算。5、流体流动的摩擦系数。6、局部阻力的计算教学重点1、滞流的运动方式。2、湍流的运动方式。3、摩擦系数的判定。4、阻力系数的计算。教学难点1、滞流的运动方式。2、湍流的运动方式。3、阻力系数的计算。教学方法讲解 练习使用教具多媒体教学平台板书设计主要教学内容及步骤复习：1、雷诺准数的计算公式2、流体类型的判断引入：滞流和湍流的区分不仅在于各有不同的

2、Re,更重要的是它们的本质区别。板书：一、滞流与湍流的比较1、流体内部质点的运动方式滞流：质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点各不碰撞，互不混合。湍流：质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。解释：湍流时，管道截面上某一固定点的流体质点在沿管轴向前运动的同时， 还有径向运动。而径向运动的速度大小和方向是在不断变化的。从而引起轴向速度的大小和方向也随时而变，即在湍流中，流体质点的不规则运动，构成质点的主运 动之外还有附加的脉动。质点的脉动是湍流运动的最基本特点。在定态系统中，流体作湍流流动时，管道截面上任一点的时均速度不随时间而改变。在湍流运动中，因质点碰撞而产生的附加阻力的计算

3、是很复杂的，但引入脉动与时均值的概念，可以简化复杂的湍流运动，为研究带来一定的方便。板书：2、流体在圆管内的速度分布无论是滞流或湍流，在管道任意截面上，流体质点的速度沿管径而变化，管壁 处速度为零，离开管壁以后速度渐增，到管中心处速度最大。速度在管道截面上的 分布规律因流型而异。理论分析和实验都已证明，滞流时的速度沿管径按抛物线的规律分布，截面上 各点速度的平均值U等于管中心处最大速度Umax的0.5倍。湍流时，由于流体质点的强烈分离与混合，使截面上靠管中心部分各点速度彼 此扯平，速度分布比较均匀，所以速度分布曲线不再是严格的抛物线。11-31周管内凛府分布J奔旅IbJ疝地实验证明，当Re值愈

4、大时，曲线顶部的区域就愈广阔平坦，但靠管壁处质点的 速度骤然下降，曲线较陡。u与Umax的比值随Re准数而变化，通常取U = 0.8Uma刈为 精确起见，可借助U/Umax与Re R&ax的关系曲线进行计算。二、总结滞流和湍流是对雷诺准数的利用复习：如何判断滞流和湍流引入：从前面的讨论可知，与流体本身的物理性质、流动情况、壁面的形状等因素有关。流体在管路中的流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。柏努利方程式中2hf项指所研究管路系统的总能量损失或称总阻力损失。板书：一、流体阻力直管阻力hf:流体流经一定的直管中，由于流体内摩擦而产生的阻力。局部阻力h f:流体流经管路中的管件、阀件及管截面的突然扩

5、大或缩小等局部 地方所引起的阻力。hf hf hf上式中2hf是指1kg质量流体流动时所损失的机械能，计量单位为 J/kg;P 2 hf是指1流体流动时所损失的机械能，计量单位为 J/ =N/ ;Pf hfPf为因流动阻力而引起的压力降。注意：此处的Pf为1m3流体在流动系统中仅由于流动阻力所消耗的能量，与柏努利方程式中两截面的压强差是两个不同的概念。3g Z , -p We hf2p P2 PiWe hf - g Z22We Pfu2- g Zp为两截面的压强差。在一般情况下，P和Pf在数值上是不等的板书：1、直管阻力的计算 直管阻力的通式范宁公式是计算圆形直管阻力所引起的能量损失，它既可用

6、于滞流也可用于湍流。人称为摩擦系数，值随流动类型而异。板书：2、管壁摩擦程度对摩擦系数的影响光滑管：玻璃管、黄铜管和塑料管；粗糟管：钢管和铸铁管等。绝对粗糟度e :壁面凸出部分的平均高度。相对粗糟度：绝对粗糟度与管径的比值& /d粗糟度对人的影响如图；6 b-滞流内层厚度。滞流：粗糟度对人无影响；湍流：6 b ,粗糟度对 人影响与滞流相近；当6b e ,粗糟度对 人的影响显 著。板书：3、滞流时的摩擦系数有图可知，滞流时 人与Re为直线关系Re而与管壁的粗糙度无关，仅为雷诺系数的函数。板书：4、湍流时的摩擦系数当流体湍流流动时，由于流体的速度比较大，流体质点将与管壁的凸出部分产生碰撞并形成旋涡

7、，从而要消耗一部分能量。显然，管壁越粗糙，在 Re相同的情况下所 产生的阻力越大，即粗糙管的入值比光滑管的入值要大。板书：5、局部阻力的计算(1)当量长度法定义：如流体通过某一局部障碍时，因局部阻力而造成的压头损失，等于流体通 过与其具有相同直径的若干米长度直管的压头损失，则这个直管长度称为该局部障碍 的当量长度，用符号le表示。这样，可用沿程阻力的计算式计算局部阻力，即2hf(2)l e u d 2 阻力系数法hf(-阻力系数，突然扩大；工=f(S!/S2)流出突然缩小(二f(S2/Sl)流入收 0.5板书：6、管路总阻力的计算管路总阻力为各段沿程阻力与各个局部阻力的总和。当量长度法hfl led阻力系数法例题：已知：d=200mm,入口底阀h=10位2), p2=350mmHg(真),hfA-B=0.1 (u2/2)。试求(1)、V=?(2)、Pa=?解：(1)由水池水面到B截面列柏努利方程：Pb= 350X 133.3=-46655 Pa(表)0=3 X 9.81 + U2/2-46655 /1000+0.1u2/2 + 10U2