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1.2流体输送原理1.2.6流体在管内的流动阻力(一)

由于流体具有黏性,在流动时会产生阻力,造成能量损失。流体阻力表现为在流动过程中如无外加能量加入时,流体自身的机械能降低。从伯努利方程看出,只有在流动阻力已知的前提下,才能进行相关计算。不仅如此,流动阻力的大小还关系到流体输送的经济性。因此,了解阻力产生的原因及其影响因素十分重要。

一、流体阻力产生的原因黏性是产生流体阻力的根本原因。黏度作为表征黏性大小的物理量,其值越大,说明在同样流动条件下,流体阻力就会越大。因此,不同流体在同一管路中流动时,流体阻力的大小不同。此外,决定流体阻力大小的因素还有流动的边界条件(管路的设置)。研究发现,同一种流体在同一条管路中流动时,也能产生大小不同的流动阻力,可见,流体的流动状况(流动型态)也影响流体阻力的大小。

二、流体的流动型态(一)流动型态的划分1.雷诺实验雷诺实验现象雷诺实验现象2.湍流:主体做轴向运动,同时有径向脉动;特征:流体质点的脉动。

从雷诺实验可以看出,流体有不同的流动型态,主要包括以下几种:1.层流:*流体质点做直线运动;*流体分层流动,层间不相混合、不碰撞*流动阻力来源于层间粘性摩擦力。3.过渡流:不是独立流型(层流+湍流),流体处于不稳定状态(易发生流型转变)。

2.流体流动型态的判定流体的流动型态主要与流体的密度、黏度、流速和管内径等四个因素有关,并可以用这四个物理量组成一个数群,称为雷诺数,用来判定流体的流动型态。雷诺数用Re表示,即雷诺数的大小反映了流体的湍动程度。雷诺数量纲为一,称为特征数。

大量实验结果表明,流体在管内流动时,若Re<2000时,流体的流动型态为层流;若2000<Re<4000,流体的流动型态为过渡流;若Re>4000,流体的流动型态为湍流。在一般过程计算中,Re>2000可作湍流处理。就湍流而言,雷诺数越大,流体的湍动程度就越剧烈。

(二)圆管中的速度分布和层流内层1.圆管中的速度分布流体在管内流动时,无论是层流还是湍流,在管道任意截面上各点的速度分布均随该点与管中心的距离而变。由于流体具有黏性,从而在管壁处速度为零,离开管壁以后速度逐渐增,到管中心处速度最大,这种变化关系称为速度分布。(1)层流时的速度分布层流时流体服从牛顿黏性定律,其速度分布曲线呈抛物线形,截面上各点的速度是轴对称的,如图所示。层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2

根据湍流的特征,管中央的流体作剧烈的涡动,使管中央的流速趋于平均,而靠近管壁处仍作层流流动,湍流时的速度分布如图

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