1、1.1 概述1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法1.1.2 流體流動(dòng)中的作用力1.1.3 流體流動(dòng)中的機(jī)械能 1.流體流動(dòng)1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法問(wèn)題的引出：1、為什么要研究流體流動(dòng)？ 流體流動(dòng)規(guī)律是本門(mén)課程的重要基礎(chǔ)，涉及流體流動(dòng)規(guī)律的主要有以下三個(gè)方面： (1)流動(dòng)阻力及流量計(jì)算 (2)流動(dòng)對(duì)傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的影響 (3)流體的混合效果2、流體流動(dòng)研究的內(nèi)容是什么？ 流體流動(dòng)的宏觀規(guī)律與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3、采用什么方法研究流體流動(dòng)的宏觀規(guī)律？ 力-運(yùn)動(dòng)-能量，即受力分析、運(yùn)動(dòng)描述、能量分布。1.流體流動(dòng)1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法一、連續(xù)性假定(Continum hypotheses)1、

2、為什么流體要看成連續(xù)？ 原因：氣體和液體統(tǒng)稱(chēng)為流體。流體是由大量的彼此間有一定間隙的單個(gè)分子所組成。不同的考察方法對(duì)流體流動(dòng)情況的理解也就不同。在流動(dòng)規(guī)律的研究中，感興趣的不是單個(gè)分子的微觀運(yùn)動(dòng)，而是流體宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因此可以流體在空間流動(dòng)假定為連續(xù)分布的。 在物理化學(xué)中（氣體分子運(yùn)動(dòng)論）是考察單個(gè)分子的微觀運(yùn)動(dòng)，分子的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的、不規(guī)則的混亂運(yùn)動(dòng)，在某一方向上有時(shí)有分子通過(guò)，有時(shí)沒(méi)有。因此這種考察方法認(rèn)為流體是不連續(xù)的介質(zhì)，所需處理的運(yùn)動(dòng)是一種隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)，問(wèn)題將是非常復(fù)雜的。1.流體流動(dòng)1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法 2、怎樣看成連續(xù)的（假定內(nèi)容）？ 考察對(duì)象： 取流體質(zhì)點(diǎn)而不是單個(gè)分子

3、作為最小的考察對(duì)象。 流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）是指一個(gè)含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但比起分子自由程卻要大得多，即足夠大、足夠小。 流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此之間沒(méi)有空隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。 注意：這種假定在絕大多數(shù)情況下是適合的，但是在高真空稀薄氣體的情況下是不成立的。1.流體流動(dòng)1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法二、運(yùn)動(dòng)的描述方法拉格朗日法和歐拉法 1 、拉格朗日法：選定一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)，對(duì)其跟蹤觀察，描述其運(yùn)動(dòng)參數(shù)（位移、速度等）與時(shí)間的關(guān)系。即，同一質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)期的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（跟蹤法。） 2、歐拉法 ：在固定的空間位置上觀察 流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，直接描述各有關(guān)參數(shù)在空間各點(diǎn)的

4、分布情況隨時(shí)間的變化，例如對(duì)速度u，可作如下描述： 1.流體流動(dòng) 可見(jiàn)：歐拉法是空間一定，不同質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(關(guān)卡法)。1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法3、它們的應(yīng)用場(chǎng)所 拉格朗日法應(yīng)用于所研究的任一點(diǎn)均遵循一般規(guī)律的問(wèn)題。 一般情況下，需對(duì)流動(dòng)作出描述時(shí)，都采用歐拉法。對(duì)定態(tài)流動(dòng)更是如此。三、定態(tài)流動(dòng) 空間各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不隨時(shí)間而變化，則稱(chēng)為定態(tài)流動(dòng)。1.流體流動(dòng)1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法四、兩種考察方法的比較 1、流線與軌線 軌線 ：某一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡(拉格朗日法的結(jié)果)。 流線：同一瞬間時(shí)不同質(zhì)點(diǎn)的速度方向(歐拉法的結(jié)果)。如右圖，流線上四個(gè)箭頭分別表示在同一時(shí)間四個(gè)不同空間位

5、置上a、b、c、d四個(gè)流體質(zhì)點(diǎn) 1.流體流動(dòng) 流線的兩個(gè)重要屬性 各流線是不會(huì)相交的 不是真正幾何意義上的點(diǎn)，而是具有質(zhì)點(diǎn)尺寸的點(diǎn) 1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法2、系統(tǒng)與控制體 系統(tǒng)：是包含眾多流體質(zhì)點(diǎn)的集合（是采用拉格朗日法考察流體的），系統(tǒng)的邊界隨著流體一起流動(dòng)，其形狀和大小都是隨著時(shí)間而變化。 控制體：是劃定一固定的空間體積，構(gòu)成控制體的空間界面稱(chēng)為控制面，控制面總是封閉的固定界面。（采用歐拉法考察流體的）1.流體流動(dòng)系統(tǒng)控制體控制面1.1.1 流體流動(dòng)的考察方法小結(jié)：考察方法選擇： 固體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)拉格朗日法 流體流動(dòng)歐拉法1.流體流動(dòng)1.1.2 流體流動(dòng)中的作用力一、種類(lèi)1、體積力 體

6、積力（質(zhì)量力） 與流體的質(zhì)量成正比，對(duì)于均質(zhì)的流體也與流體的體積成正比。如流體在重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力就是一種體積力，F(xiàn)mg。 重力與離心力都是典型的體積力。2、表面力 內(nèi)摩擦力 表面力與流體的表面積成正比。若取流體中任一微小的平面，作用于其上的表面力可分為壓力P與剪力。 1.流體流動(dòng)1.1.2 流體流動(dòng)中的作用力 垂直于表面的力P，稱(chēng)為壓力。單位面積上所受的壓力稱(chēng)為壓強(qiáng)p。1.流體流動(dòng) 平行于表面的力F，稱(chēng)為剪力（切力）。單位面積上所受的剪力稱(chēng)為剪應(yīng)力。1MPa（兆帕）106Pa（帕斯卡）注意：國(guó)內(nèi)許多教材習(xí)慣上把壓強(qiáng)稱(chēng)為壓力。1.1.2 流體流動(dòng)中的作用力二、粘性與內(nèi)摩擦力1、粘性的宏觀

7、表現(xiàn)內(nèi)摩擦力。2、粘性的物理本質(zhì)分子間引力和分子的運(yùn)動(dòng)和碰撞。3、牛頓粘性定律 1.流體流動(dòng)流體的粘度； 法向速度梯度1.1.2 流體流動(dòng)中的作用力三、流體與固體的力學(xué)特性?xún)蓚€(gè)不同點(diǎn)（一般了解） 1、固體表面的剪應(yīng)力剪切變形（角變形）而流體內(nèi)部的剪應(yīng)力剪切變形速率（角變形速率）（見(jiàn)下圖） 1.流體流動(dòng) 這是由于流體在剪切力的作用下其變形是無(wú)止境的，只要作用力存在，變形與運(yùn)動(dòng)將一直維持下去，只能在剪應(yīng)力與變形的快慢（即變形速率）之間建立關(guān)系，牛頓粘性定律就是這種關(guān)系，式中的速率梯度就是剪切變形速率單位：SI制： CGS制：cP（厘泊） 運(yùn)動(dòng)粘度 SI制的單位為 m2/s 粘度又稱(chēng)為動(dòng)力粘度。 液

8、體：f（t），與壓強(qiáng)p無(wú)關(guān)，溫度t， ，水(20)， cP，要記住，油的粘度可達(dá)幾十到幾百cP, 1.1.2 流體流動(dòng)中的作用力 2、靜止流體不能承受剪應(yīng)力（哪怕是非常微小的剪應(yīng)力）和抵抗剪切變形。固體可以承受很大的剪應(yīng)力和抵抗剪切變形。 四、流體的剪應(yīng)力與動(dòng)量傳遞 1、粘度 物性參數(shù)之一 1.流體流動(dòng) 輸送原油加熱目的？ 氣體：p R a b 1、普通 U 型管壓差計(jì) U 型管內(nèi)位于同一水平面上的 a、b 兩點(diǎn)在相連通的同一靜止流體內(nèi)，兩點(diǎn)處?kù)o壓強(qiáng)相等 若被測(cè)流體為氣體，其密度較指示液密度小得多，上式可簡(jiǎn)化為 1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法1.流體流動(dòng)1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法2、單

9、管壓力計(jì) 1.流體流動(dòng)式中Pa為當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?單管壓力計(jì)只能用來(lái)測(cè)量高于大氣壓的液體壓力，不能測(cè)氣體壓力?；虮韷?.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法3、U形壓力計(jì) 設(shè)U形管中指示液液面高度差為R，指示液密度為0，被測(cè)流體密度為，則由靜力學(xué)方程可得： 1.流體流動(dòng)方程可得：將以上三式合并得： 1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法若容器A內(nèi)為氣體，則gh項(xiàng)很小可忽略，于是：1.流體流動(dòng) 顯然，U形壓力計(jì)既可用來(lái)測(cè)量氣體壓力，又可用來(lái)測(cè)量液體壓力，而且被測(cè)流體的壓力比大氣壓大或小均可。1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法例1-1 靜壓強(qiáng)計(jì)算 解：按靜力學(xué)原理，同一種靜止流體的連通器內(nèi)、同一水平面上的壓強(qiáng)相等，故

10、有：1.流體流動(dòng)對(duì)于水平面1-2，即有：對(duì)于水平面3-4，即有：i1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法1.流體流動(dòng)對(duì)于水平面5-6，即有：對(duì)于鍋爐的表壓，即有：1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法二、液封高度 液封在化工生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用：通過(guò)液封裝置的液柱高度 ，控制器內(nèi)壓力不變或者防止氣體泄漏。 為了控制器內(nèi)氣體壓力不超過(guò)給定的數(shù)值，常常使用安全液封裝置（或稱(chēng)水封裝置）如下圖，其目的是確保設(shè)備的安全，若氣體壓力超過(guò)給定值，氣體則從液封裝置排出。1.流體流動(dòng)安全液封動(dòng)畫(huà)1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法 液封還可達(dá)到防止氣體泄漏的目的，而且它的密封效果極佳，甚至比閥門(mén)還要嚴(yán)密。例如煤氣柜通常用水來(lái)封住，

11、以防止煤氣泄漏。 液封高度可根據(jù)靜力學(xué)基本方程式進(jìn)行計(jì)算。設(shè)器內(nèi)壓力為p（表壓），水的密度為，則所需的液封高度h0 應(yīng)為1.流體流動(dòng) 為了保證安全，在實(shí)際安裝時(shí)使管子插入液面下的深度應(yīng)比計(jì)算值略小些，使超壓力及時(shí)排放；對(duì)于防止氣體泄漏，應(yīng)比計(jì)算值略大些，嚴(yán)格保證氣體不泄漏。1.2.4 壓強(qiáng)的靜力學(xué)測(cè)量方法三、液位的測(cè)定圖1.流體流動(dòng)作業(yè)：P56 1-1，1-5，1-81.3 流體流動(dòng)中的守恒定理本節(jié)將解決以下問(wèn)題：1、研究的內(nèi)容是什么？2、采用什么研究方法？3、得到什么結(jié)論？4、工程上有什么用途？1.流體流動(dòng) 方程式子牢記 靈活應(yīng)用 高位槽安裝高度? 物理意義明確 解決問(wèn)題 輸送設(shè)備的功率?

12、適用條件注意1.3 流體流動(dòng)中的守恒定理1.流體流動(dòng) 本節(jié)內(nèi)容提要 主要是研究和學(xué)習(xí)流體流動(dòng)的宏觀規(guī)律及不同形式的能量的如何轉(zhuǎn)化等問(wèn)題，其中包括： （1）質(zhì)量守恒定律連續(xù)性方程式 （2）能量守恒定律柏努利方程式 推導(dǎo)思路、適用條件、物理意義、工程應(yīng)用。 本節(jié)學(xué)習(xí)要求 學(xué)會(huì)運(yùn)用兩個(gè)方程解決流體流動(dòng)的有關(guān)計(jì)算問(wèn)題1.3 流體流動(dòng)中的守恒定理本節(jié)重點(diǎn) 以連續(xù)方程及柏努利方程為重點(diǎn)，掌握這兩個(gè)方程式推導(dǎo)思路、適用條件、用柏努利方程解題的要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。通過(guò)實(shí)例加深對(duì)這兩個(gè)方程式的理解。本節(jié)難點(diǎn) 無(wú)難點(diǎn)，但在應(yīng)用柏努利方程式計(jì)算流體流動(dòng)問(wèn)題時(shí)要特別注意流動(dòng)的連續(xù)性、上、下游截面及基準(zhǔn)水平面選取正確性。正

13、確確定衡算范圍（上、下游截面的選?。┦墙忸}的關(guān)鍵。1.流體流動(dòng)1.3 流體流動(dòng)中的守恒定理1.3.1 質(zhì)量守恒1.3.2 機(jī)械能守恒1.3.3 動(dòng)量守恒 1.流體流動(dòng)表示。1.3.1 質(zhì)量守恒一、基本概念1、流量 流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的物質(zhì)量稱(chēng)為流量。一般有體積流量和質(zhì)量流量?jī)煞N表示方法。 1.流體流動(dòng)體積流量(或)，解題指南用由于氣體的體積與其狀態(tài)有關(guān)，因此對(duì)氣體的體積流量，須說(shuō)明它的溫度t和壓強(qiáng)p。 質(zhì)量流量（Kg/s或Kg/h）與的關(guān)系為： 注意：流量是一種瞬時(shí)的特性，不是某時(shí)間內(nèi)累計(jì)流過(guò)的量。由流量計(jì)測(cè)出。1.3.1 質(zhì)量守恒2、平均流速（簡(jiǎn)稱(chēng)流速）u 單位時(shí)間內(nèi)流體在流

14、動(dòng)方向上所流過(guò)的距離稱(chēng)為流速u(mài)（m/s）。 流體在管截面上的速度分布規(guī)律較為復(fù)雜，如在工程上為計(jì)算方便起見(jiàn)，流體的流速通常指整個(gè)管截面上的平均流速，其表達(dá)式為：1.流體流動(dòng)常用 A垂直于流動(dòng)方向的管截面積，m2。 問(wèn)題：粘性流體，圓管內(nèi)同一截面上各點(diǎn)流速不同，怎么樣求平均流速？1.3.1 質(zhì)量守恒平均流速：1.流體流動(dòng)1.3.1 質(zhì)量守恒1.流體流動(dòng) 注意：由于氣體的體積流量qV隨溫度、壓強(qiáng)而變，所以氣體流速亦隨t、p而變，因此，對(duì)于氣體在管內(nèi)流動(dòng)的有關(guān)計(jì)算，采用不隨狀態(tài)變化的質(zhì)量流速較為方便，如計(jì)算氣體雷諾準(zhǔn)數(shù) ，哪個(gè)方便？1.3.1 質(zhì)量守恒二、質(zhì)量守恒方程(也稱(chēng)連續(xù)性方程式) 依據(jù)：穩(wěn)定

15、流動(dòng)（定態(tài)流動(dòng)）過(guò)程中的質(zhì)量守恒 流入-流出=積累1.流體流動(dòng) 如圖1-11，取截面1-1至2-2之間的管段作為控制體（歐拉法，截面固定）定態(tài)流動(dòng)時(shí) 1.3.1 質(zhì)量守恒1.流體流動(dòng)對(duì)不可壓縮流體：對(duì)圓形截面管道： 對(duì)均勻直管： 1.3.1 質(zhì)量守恒討論：1、適用條件：流體流動(dòng)的連續(xù)性方程式僅適用于穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性流體。2、對(duì)圓形截面管道，體積流量一定時(shí)，流速與管徑的平方成正比，此規(guī)律與管路的安排以及管路上是否裝有管件、閥門(mén)或輸送設(shè)備等都無(wú)關(guān)。3、連續(xù)性方程式(Equation of continuity)應(yīng)用：變徑管流速或內(nèi)徑的確定（水平放置或斜置）常用 u形管壓差計(jì)中的應(yīng)用壓力的測(cè)定1.

16、流體流動(dòng)1.3.2 機(jī)械能守恒 柏努利方程式是流體流動(dòng)中機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化原理的體現(xiàn)。 柏努利方程式的推導(dǎo)方法一般有兩種 (1)理論解析法 比較嚴(yán)格，較繁瑣 (2)能量衡算法 比較直觀，較簡(jiǎn)單 本節(jié)采用后者。 推導(dǎo)思路：從解決流體輸送問(wèn)題的實(shí)際需要出發(fā)，采取逐漸簡(jiǎn)化的方法，即先進(jìn)行流體系統(tǒng)的總能量衡算（包括熱能和內(nèi)能） 流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算（消去熱能和內(nèi)能） 不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算柏努利方程式。 方法論：先簡(jiǎn)化 修正1.流體流動(dòng)1.3.2 機(jī)械能守恒一、沿軌線的機(jī)械能守恒(拉格朗日考察法，是某一流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡) 根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行推導(dǎo)： 體積力+表面力=質(zhì)量加速度 回顧在靜止流體中，

17、立方體微元所受各力平衡（靜止）1.流體流動(dòng) 在運(yùn)動(dòng)流體中，立方體微元表面不受剪應(yīng)力（設(shè)0），微元受力與靜止流體相同（體積力表面力）但受力不平衡造成加速度（力質(zhì)量加速度，力/質(zhì)量加速度），即1.3.2 機(jī)械能守恒設(shè)流體微元在dt時(shí)間力位移dl，它在x軸上的分量位dx，將dx乘上式各項(xiàng)得： 1.流體流動(dòng)同理在y，z方向上有：1.3.2 機(jī)械能守恒以上三式相加得：1.流體流動(dòng)若流體僅在重力場(chǎng)中流動(dòng)，取z軸垂直向上，則：上式成為對(duì)不可壓縮流體，常數(shù)，積分上式得此式稱(chēng)為沿軌線的柏努利(Bernoulli)方程1.3.2 機(jī)械能守恒討論：1、沿軌線的柏努利方程適用的場(chǎng)合是重力場(chǎng)中不可壓縮的理想流體定態(tài)流動(dòng)

18、。2、流體微元在流動(dòng)過(guò)程中與其它微元之間未發(fā)生機(jī)械能交換量 1.流體流動(dòng)3、柏努利方程也可以寫(xiě)成：1.3.2 機(jī)械能守恒4、沿流線（歐拉考擦法，固定截面上考擦）的機(jī)械能守恒定態(tài)流動(dòng)，流線與軌跡線重合，上式仍適用，即：1.流體流動(dòng)5、理想流體管流的機(jī)械能守恒 理想流體管截面流速分布均勻，各點(diǎn)的動(dòng)能相等。為什么？ 若考察截面處于均勻流段(流線平行且垂直截面)，各點(diǎn)總勢(shì)能保持不變。所以：理想流體的柏努利方程式為：1.3.2 機(jī)械能守恒1.流體流動(dòng)所以：不可壓縮、理想流體、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能守恒(柏努利方程式)為：1.3.2 機(jī)械能守恒1.流體流動(dòng)1.3.2 機(jī)械能守恒6、實(shí)際流體管流的機(jī)械能守恒 1

19、.流體流動(dòng) 實(shí)際流體(） 修正之一：0 ，有速度分布，動(dòng)能以 代替。引入動(dòng)能校正系數(shù)以后計(jì)算均取，誤差不大。1.3.2 機(jī)械能守恒修正之二： 0 ，有內(nèi)摩擦力，必導(dǎo)致機(jī)械能損耗阻力損失（ ），還有外界對(duì)單位質(zhì)量流體加入的機(jī)械能 1.流體流動(dòng)以后可以把上的去掉，u表示平均速度 習(xí)慣上也把上式稱(chēng)為實(shí)際流體的柏努利方程或擴(kuò)展了的柏努利方程。1.3.2 機(jī)械能守恒7、在衡算范圍內(nèi)是不可壓縮、連續(xù)穩(wěn)態(tài)流體，同時(shí)要注意是實(shí)際流體還是理想流體，有無(wú)外功加入的情況又不同。8、不同衡算基準(zhǔn)下的柏努利方程1.流體流動(dòng)J/kgm位頭 ，單位重量流體所具有的位能。壓頭，單位重量流體所具有的壓強(qiáng)能。 1.3.2 機(jī)械能

20、守恒二、柏努利方程的應(yīng)用1、求流量及流速（書(shū)p22，重力射流和壓力射流）2、求截面或設(shè)備的垂直距離z3、求設(shè)備的有效功率He和功率4、求管路中某一位置流體的壓強(qiáng)(一)、解題要點(diǎn)在方程的應(yīng)用中，是否按照以下要點(diǎn)進(jìn)行直接關(guān)系到解題的正確性。1.流體流動(dòng)速度頭，單位重量流體所具有的動(dòng)能。 1.3.2 機(jī)械能守恒1、在流程圖或流程示意圖上選擇衡算范圍，應(yīng)包含待求參數(shù)，弄清流動(dòng)方向。2、順流動(dòng)方向選取上、下游截面，截面應(yīng)垂直于流動(dòng)方向，截面間流體必須連續(xù)，待求量應(yīng)在截面之間。3、進(jìn)行能量衡算必須選擇，水平基準(zhǔn)面一般選擇地面、樓面或設(shè)備基礎(chǔ)、管子和設(shè)備中心，截面至基準(zhǔn)面的垂直距離必須是可知。4、各參數(shù)的計(jì)

21、量單位必須一致，否則應(yīng)事先將單位化成一致，以免代入方程再來(lái)?yè)Q算而造成計(jì)算時(shí)錯(cuò)誤，壓強(qiáng)的表示必須一致、統(tǒng)一用絕壓或表壓。1.流體流動(dòng)1.3.2 機(jī)械能守恒(二)解題步驟1、衡算范圍的確定：畫(huà)出示意圖，選擇截面。2、截面的選取 1.流體流動(dòng)3、基準(zhǔn)面選取4、列方程式5、列出已知數(shù)例如：Z1= Z1，Z2= Z2，u1=u2 , p2=0（表壓）， p1=6、把已知數(shù)代入方程，解方程。1.3.2 機(jī)械能守恒例：如圖所示，用泵將水從貯槽送至敞口高位槽，兩槽液面均恒定不變，輸送管路尺寸為833.5mm，泵的進(jìn)出口管道上分別安裝有真空表和壓力表，壓力表安裝位置離貯槽的水面高度H2為5m。當(dāng)輸水量為36m3

22、/h時(shí)，進(jìn)水管道全部阻力損失為1.96J/kg，出水管道全部阻力損失為4.9J/kg，壓力表讀數(shù)為2.452105Pa，泵的效率為70%，水的密度為1000kg/m3，試求：（1）兩槽液面的高度差H為多少？（2）泵所需的實(shí)際功率為多少kW？ 1.流體流動(dòng)1.3.2 機(jī)械能守恒解：1、兩槽液面的高度差H 在壓力表所在截面1-1與高位槽液面2-2間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得：1.流體流動(dòng)1/12/2已知量：Z1=H2=5m ，u1=qV/A=2.205m/s ， p1=2.452105Pa，u2=0, p2=0,1.3.2 機(jī)械能守恒把已知量代入上式可得： 1.流體流動(dòng)2、泵所需的實(shí)

23、際功率 在貯槽液面0-0與高位槽液面2-2間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，如圖所示，有： 2/0/02其中Z0=H0=0，Z2=H=34.74m ， u0= u2=0,p0= p2=01.3.2 機(jī)械能守恒代入方程求得：he=298.64J/kg1.流體流動(dòng)又=70%，1.3.2 機(jī)械能守恒小結(jié)：1、不可壓縮、理想流體、定態(tài)流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能守恒(柏努利方程式)為1.流體流動(dòng)1.3.2 機(jī)械能守恒2、實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式1.流體流動(dòng)J/kgm3、解題步驟和要點(diǎn)及注意事項(xiàng)4、工程應(yīng)用習(xí)題9、10、13，選作141.3.3 動(dòng)量守恒 有興趣的同學(xué)自學(xué)，一般了解。僅在阻力損失無(wú)法計(jì)算或本身要求

24、流體對(duì)壁面的作用力時(shí)才用動(dòng)量守恒定律解題。 1.流體流動(dòng)1.4流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本節(jié)內(nèi)容提要 簡(jiǎn)要分析在微觀尺度上流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為流動(dòng)阻力的計(jì)算奠定理論基礎(chǔ)。以滯流和湍流兩種基本流型的本質(zhì)區(qū)別為主線展開(kāi)討論， 本節(jié)重點(diǎn) (1)牛頓粘性定律的表達(dá)式、適用條件；粘度的物理意義及不同單位之間的換算。 (2) 兩種流型的判據(jù)及本質(zhì)區(qū)別；Re的意義及特點(diǎn)。 (3) 流動(dòng)邊界層概念 本節(jié)的目的是了解流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以便為阻力損失計(jì)算打下基礎(chǔ)。1.流體流動(dòng)1.4 流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)問(wèn)題的引出：1、1.流體流動(dòng) 機(jī)械能衡算式?jīng)]有解決hf的質(zhì)(物理本質(zhì))、量(大小)2、100多年前，人們?cè)谘芯苛黧w流動(dòng)

25、中發(fā)現(xiàn)： (1)管流：u小，速度分布不均勻；u大，速度分布均勻。 (2)流體流動(dòng)的阻力：u小，hf與u成正比；u大，hf與u的1.752次方成正比。 1883年，著名的雷諾(Reynolds)實(shí)驗(yàn)提示了流動(dòng)的兩種型態(tài)。1.4 流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)1.4.2 湍流的基特征1.4.3 邊界層及邊界層脫體1.4.4 圓管內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng)1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)一、兩種流型層流和湍流(Laminar and Turbulent Flow) 是1883年著名的雷諾實(shí)驗(yàn)(Reynolds)揭示出來(lái)的，下列看一看動(dòng)畫(huà)1-011、層流（又稱(chēng)滯流） 流體質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動(dòng)，即流體

26、分層流動(dòng)，層次分明，彼此互不混雜，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向混合。如下圖所示 1.流體流動(dòng)1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)2、湍流 流體在總體上沿著向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還在各個(gè)方向作隨機(jī)的脈動(dòng)。如下圖1.流體流動(dòng)1.4.1 流動(dòng)的型態(tài) 湍流的特點(diǎn)如下： 構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)在主運(yùn)動(dòng)之外還有附加的脈動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)是湍流運(yùn)動(dòng)的最基本特點(diǎn)。如下圖所示的為截面上某一點(diǎn)i的流體質(zhì)點(diǎn)的速度脈動(dòng)曲線。同樣，點(diǎn)i的流體質(zhì)點(diǎn)的壓強(qiáng)也是脈動(dòng)的，可見(jiàn)湍流實(shí)際上是一種不穩(wěn)定的流動(dòng)。1.流體流動(dòng)1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)二、流型的判據(jù)雷諾數(shù)Re (Reynolds number)1、影響流動(dòng)狀況因素 流速u(mài)，管徑d，流體的粘度，流體的密度。2、定義雷諾數(shù)Re1.流體

27、流動(dòng)所以，其物理意義是：慣性力與粘性力的比值。1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)雷諾準(zhǔn)數(shù)的因次1.流體流動(dòng) Re準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無(wú)因次數(shù)群。組成此數(shù)群的各物理量,必須用一致的單位表示。因此，無(wú)論采用何種單位制，只要數(shù)群中各物理量的單位一致，所算出的Re值必相等。1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)3、判據(jù) 雷諾數(shù)的大小足以反映這四個(gè)參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況的影響，故雷諾數(shù)是流動(dòng)狀況的唯一判據(jù)，根據(jù)其數(shù)值的大小可確定流體流動(dòng)類(lèi)型。 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)直管內(nèi)的流動(dòng)而言： Re2000，必定出現(xiàn)層流，穩(wěn)定的層流區(qū) 2000 Re 2000可作為湍流處理。1.流體流動(dòng)1.4.2 湍流的基本特征一、時(shí)均速度和脈動(dòng)速度 如右圖，湍流流體某質(zhì)點(diǎn)i的速度脈

28、動(dòng)曲線，該質(zhì)點(diǎn)的速度在一平均值（稱(chēng)為時(shí)均值）上下波動(dòng)。 湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)總體上沿軸向運(yùn)動(dòng)，但在徑向上還有脈動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)彼此間碰撞劇烈，阻力損失比因摩擦力而引起阻力損失大的多。1.流體流動(dòng)是指分子粘度，反映了分子引力和分子運(yùn)動(dòng)造成1.4.2 湍流的基本特征二、湍流粘度1.流體流動(dòng)層流時(shí)式中的動(dòng)量傳遞 湍流時(shí)，動(dòng)量傳遞不僅起因于分子運(yùn)動(dòng)，且來(lái)源于流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，故不服從牛頓粘性定律，如仍希望用其形式，則：湍流粘度，無(wú)法試驗(yàn)測(cè)定或理論計(jì)算1.4.2 湍流的基本特征三、湍流時(shí)層流內(nèi)層和過(guò)渡層，如下圖1.流體流動(dòng)1、管中心：2、過(guò)渡區(qū)：3、管壁： 所以，層流內(nèi)層是傳遞過(guò)程中的主要阻力之所在。1.4.3

29、 邊界層及邊界層脫體 如果在流速均勻的流體中放置一個(gè)固體（平板、球體或圓柱體），流體將發(fā)生怎樣的運(yùn)動(dòng)？ 1904年，法國(guó)布朗特：邊界層理論。一、邊界層(Boundary Layer)1、定義 具有明顯速度梯度的流體層，其邊緣流體流速為主體平均流速的99%以?xún)?nèi)的區(qū)域，叫做邊界層。2、邊界層的形成流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層 1.流體流動(dòng)注意：層流邊界層和層流內(nèi)層的區(qū)別層流邊界層湍流邊界層層流內(nèi)層邊界層界限u0u0u0 xy層流邊界層：邊界層內(nèi)的流動(dòng)類(lèi)型為層流湍流邊界層：邊界層內(nèi)的流動(dòng)類(lèi)型為湍流層流內(nèi)層：邊界層內(nèi)近壁面處一薄層，無(wú)論邊界層內(nèi)的流型為層流或湍流，其流動(dòng)類(lèi)型均為層流1.4.3 邊界層及邊

30、界層脫體1.流體流動(dòng)內(nèi)摩擦：一流體層由于粘性的作用使與其相鄰的流體層減速邊界層：受內(nèi)摩擦影響而產(chǎn)生速度梯度的區(qū)域()u=0.99u0邊界層發(fā)展：邊界層厚度 隨流動(dòng)距離增加而增加流動(dòng)充分發(fā)展：邊界層不再改變，管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)也維持不變 充分發(fā)展的管內(nèi)流型屬層流還是湍流取決于匯合點(diǎn)處邊界層內(nèi)的流動(dòng)屬層流還是湍流 進(jìn)口段1.4.3 邊界層及邊界層脫體1.流體流動(dòng)管流時(shí)的邊界層1.4.3 邊界層及邊界層脫體注意： 邊界層形成的原因是實(shí)際流體具有粘性。 流體流動(dòng)阻力主要集中在邊界層內(nèi)，尤其在層流內(nèi)層中，而且邊界層還集中了傳熱和傳質(zhì)的阻力。 測(cè)定流體速度分布曲線時(shí)，其測(cè)定地點(diǎn)必須選在圓管中流體速度分布保持不變

31、的平直部分，即要壁開(kāi)進(jìn)口段（此處到入口或轉(zhuǎn)彎處的距離要大于L0）1.流體流動(dòng)AB：流道縮小，順壓強(qiáng)梯度，加速減壓BC：流道增加，逆壓強(qiáng)梯度，減速增壓CC/以上：分離的邊界層CC/以下：在逆壓強(qiáng)梯度的推動(dòng)下形成倒流，產(chǎn)生大量 旋渦1.4.3 邊界層及邊界層脫體1.流體流動(dòng)三、邊界層的分離現(xiàn)象 流體對(duì)圓柱體的繞流，如下圖所示。1.4.3 邊界層及邊界層脫體 總之，流道擴(kuò)大時(shí)必造成逆壓強(qiáng)梯度，逆壓強(qiáng)梯度容易造成邊界層的分離，邊界層分離造成大量漩渦，大大增加機(jī)械能消耗。 即：流體通道擴(kuò)大逆壓強(qiáng)梯度邊界層分離大量漩渦機(jī)械能損失增大討論： 邊界層分離是由于幾何形狀發(fā)生變化而產(chǎn)生的。 因固體表面形狀造成邊界

32、層分離而消耗的能量稱(chēng)為形體阻力。 在發(fā)生邊界層分離的流體流動(dòng)阻力有兩部分摩擦阻力和形體阻力。 1.流體流動(dòng)1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述一、流體的力平衡 如右圖所示 1.流體流動(dòng) 左端面的力： 右端面的力： 外表面的剪切力： 圓柱體的重力： 因流體在均勻直管內(nèi)作等速運(yùn)動(dòng)，各外力之和必為零，即： 1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述二、剪應(yīng)力分布 1.流體流動(dòng)將、代入上式，并整理 此式表示圓管中沿管截面上的剪應(yīng)力分布。由以上推導(dǎo)可知，剪應(yīng)力分布與流動(dòng)截面的幾何形狀有關(guān)，與流體種類(lèi)、層流或湍流無(wú)關(guān)，即對(duì)層流和湍流皆適用。 為正，加負(fù)號(hào)。1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述由上式可知：1.流體

33、流動(dòng)三、層流時(shí)的速度分布 層流時(shí)剪應(yīng)力服從牛頓粘性定律 ：為負(fù)，為保證1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng)管中心r0 ，1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng) 層流時(shí)圓管截面上的速度是拋物線分布 ，如下圖所示：1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述 即圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的一半。 因此，當(dāng)流體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，以平均速度計(jì)算平均動(dòng)能，動(dòng)能校正系統(tǒng)值為2。 1.流體流動(dòng)四、層流時(shí)的平均速度和動(dòng)能校正系數(shù) 1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述五、圓管內(nèi)湍流時(shí)的速度分布 1.流體流動(dòng)湍流 不是物性，其值與Re及流體質(zhì)點(diǎn)位置有關(guān)，故湍流時(shí)速度分布不能像層

34、流一樣通過(guò)流體柱受力分析從理論上導(dǎo)出，只能將試驗(yàn)結(jié)果用經(jīng)驗(yàn)式表示：n與Re有關(guān)，在不同Re范圍內(nèi)取不同的值： 1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng)討論：1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng)2、對(duì)于 近管中心部分剪應(yīng)力不大而湍流粘度數(shù)值很大，由上式可知湍流核心處的速度梯度必定很小。而在壁面附近很薄的層流內(nèi)層中，剪應(yīng)力相當(dāng)大且以分子粘度的作用為主；但的數(shù)值又遠(yuǎn)較湍流核心處的為小，故此薄層中的速度梯度必定很大。圖1-30表示湍流時(shí)的速度分布。Re數(shù)愈大，近壁區(qū)以外的速度分布愈均勻。 1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng)問(wèn)題：層流與湍流的不同點(diǎn)？?jī)煞N流型的比較1.4

35、.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng) Re2000 Re 4000沿軸向作直線運(yùn)動(dòng)，不存在橫向混合和質(zhì)點(diǎn)碰撞不規(guī)則雜亂運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)碰撞和劇烈混合。脈動(dòng)是湍流的基本特點(diǎn)拋物線方程 u1/2umax壁面處uw=0,管中心u=umax碰撞和混合使速度平均化 u0.8umax壁面處uw=0,管中心u=umax可解析 不可解析 1.4.4 圓管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述1.流體流動(dòng)本節(jié)小結(jié)：1、流體流動(dòng)的兩種形態(tài)：層流、湍流2、流型判據(jù)Re ：Re2000必為層流， Re4000，一般為湍流。3、湍流的基本特征是出現(xiàn)速度脈動(dòng)。4、湍流流動(dòng)分為湍流核心、過(guò)渡層和層流內(nèi)層。5、邊界層脫體及影響：流體通道擴(kuò)大逆

36、壓強(qiáng)梯度邊界層分離大量漩渦機(jī)械能損失增大6、層流速度分布呈拋物線，7、湍流截面速度分布較層均勻，1.5 阻力損失本節(jié)內(nèi)容提要 解決流體在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流動(dòng)阻力hf的計(jì)算問(wèn)題。 本節(jié)重點(diǎn) (1)流體在管路中的流動(dòng)阻力的計(jì)算問(wèn)題。管路阻力又包括包括直管阻力hf和局部阻力hf/ (2)流體在直管中的流動(dòng)阻力因流型不同而采用不同的工程處理方法。對(duì)于層流，通過(guò)過(guò)程本征方程（牛頓粘性定律）可用解析方法求解管截面上的速度分布及流動(dòng)阻力；而對(duì)于湍流，需借助因次分析方法來(lái)規(guī)劃試驗(yàn)，采用實(shí)驗(yàn)研究方法。 (3)建立“當(dāng)量”的概念（包括當(dāng)量直徑和當(dāng)量長(zhǎng)度）?！爱?dāng)量”要具有和原物量在某方面的等效性，

37、并依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)。1.流體流動(dòng)1.5 阻力損失1.流體流動(dòng)流體阻力問(wèn)題的研究方法 數(shù)學(xué)分析法、數(shù)學(xué)模型法、實(shí)驗(yàn)研究法例：圓管內(nèi)層流流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)分析法兩類(lèi)方程：衡算方程力平衡方程 過(guò)程特征方程流體本構(gòu)方程(牛頓粘性定律)方法論：取微分控制體 列力平衡方程、特征方程 確定邊界條件、全管內(nèi)積分1.5 阻力損失1.5.1 兩種阻力損失1.5.2 湍流時(shí)直管阻力損失的實(shí)驗(yàn)研究方法1.5.3 直管阻力損失的計(jì)算式1.5.4 局部阻力損失1.流體流動(dòng)1.5.1 兩種阻力損失一、直管阻力和局部阻力1.流體流動(dòng) 1、直管阻力hf：直管對(duì)流動(dòng)具有的一定阻力，是流體流經(jīng)管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。

38、 2、局部阻力hf/:管件（彎頭、三通、閥門(mén)等）對(duì)流體流動(dòng)具有的一定阻力，主要是由于流體流經(jīng)管路中的管件及截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。（無(wú)外加機(jī)械能），二、阻力損失表現(xiàn)為流體勢(shì)能的降低 如右圖，在截面1-1和2-2列柏努利方程可得：1.流體流動(dòng)1.5.1 兩種阻力損失（等徑） 由此式可知，對(duì)于通常的管路，無(wú)論是直管阻力或是局部阻力，也不論是層流或是湍流，阻力損失均主要表現(xiàn)為流體勢(shì)能的降低。三、層流時(shí)直管阻力損失1.流體流動(dòng)1.5.1 兩種阻力損失討論：1、hf與u成正比1.流體流動(dòng)1.5.1 兩種阻力損失有何工程意義？ 1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法一、析因試驗(yàn)尋找

39、影響過(guò)程的主要因素(靠初步試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)) 1.流體流動(dòng)二、規(guī)劃試驗(yàn)減少試驗(yàn)工作量，試驗(yàn)結(jié)果易總結(jié)整理，有物理意義。 正交設(shè)計(jì)法，因次分析法等。一個(gè)完整物理量數(shù)值單位，如，因次分析法將物理量因次（單位）抽出分析（不考慮數(shù)值部分），將影響過(guò)程的物理量組合成幾個(gè)無(wú)因次的數(shù)群（準(zhǔn)數(shù)），數(shù)群的數(shù)目將少于自變量的數(shù)目，試驗(yàn)工作量減少，但數(shù)群前的系數(shù)及各數(shù)群的指數(shù)因次分析法無(wú)法確定。（為什么？因?yàn)椴豢紤]物理量的數(shù)值部分），仍要靠試驗(yàn)確定，這種研究方法就是在緒論課中提到的半經(jīng)驗(yàn)半理論的研究方法。 1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法因次分析法的基本步驟 確定與研究對(duì)象相關(guān)的物理量； 構(gòu)造成一定函數(shù)形式；(

40、如次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等形式)； 將函數(shù)式表示成相關(guān)物理量的因次式； 按因次一致性原則建立線性基本因次方程組； 給定多余變量，求解因次方程； 列出特征數(shù)群方程。1.流體流動(dòng)1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法 因次分析的基礎(chǔ)：因次一致性（物理方程兩邊數(shù)值相等，因次相等）例如：層流時(shí)的阻力損失 1.流體流動(dòng)可變?yōu)椋?.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法因次分析基本原理：定理 (白金漢Buckingham提出) 任何物理方程必可能轉(zhuǎn)化為無(wú)因次形式，即以無(wú)因次數(shù)群的關(guān)系式代替原物理方程，無(wú)因次數(shù)群的個(gè)數(shù)等于原方程的變量數(shù)減去基本因次數(shù)，即：N=n-m1、因次分析1.流體流動(dòng)1.5.2湍流時(shí)直管

41、阻力損失的試驗(yàn)研究方法2、變量無(wú)因次化選擇基本變量 要求：個(gè)數(shù)=基本因次數(shù) 包含基本因次（M、L、T） 因次相互獨(dú)立 一般選擇尺寸d，運(yùn)動(dòng)u，與質(zhì)量有關(guān)的量或(比 復(fù)雜)作為基本變量。變量無(wú)因次化1.流體流動(dòng)1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法1.流體流動(dòng)1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法3、函數(shù)無(wú)因次化1.流體流動(dòng)4、實(shí)驗(yàn)整理1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法1.流體流動(dòng)1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的試驗(yàn)研究方法5、因次分析方法的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是因次分析方法在實(shí)驗(yàn)研究中，不僅能避免實(shí)驗(yàn)工作遍及所有變量與各種規(guī)格的圓形直管及各種流體，而且能正確地規(guī)劃整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 對(duì)于涉及

42、多變量的復(fù)雜工程問(wèn)題，若采用因次分析方法和其他手段使多變量，變換成為由若干個(gè)無(wú)因次數(shù)群；通過(guò)組合成特征數(shù)，減少變量數(shù)，以致大幅度地減少實(shí)驗(yàn)工作量；通過(guò)組合特征數(shù)使之具有普遍的適用性。 缺點(diǎn)是因次分析方法并不能代替開(kāi)始的變量數(shù)目的分析。如果一開(kāi)始就沒(méi)有列入重要的物理量，或列入了無(wú)關(guān)的物理量，將得不出正確的結(jié)論。 因次分析方法也不能代替實(shí)驗(yàn)，如本例的曲線的具體形狀，只能依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。1.流體流動(dòng)1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式一、統(tǒng)一的表達(dá)式 直管阻力損失，無(wú)論是層流還是湍流，都與雷諾數(shù)、速度的平方以及絕對(duì)粗糙度有關(guān)。因此，我們可以將其寫(xiě)成以下統(tǒng)一的表達(dá)式： 1.流體流動(dòng)1.5.3直管阻力損失的計(jì)

43、算式二、摩擦系數(shù)1.流體流動(dòng)1、層流當(dāng)時(shí) ，流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)，由式可得：2、過(guò)渡層波動(dòng)，常作湍流處理（以安全計(jì)）1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式1.流體流動(dòng)3、湍流當(dāng)時(shí) ，或流體作湍流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)怎么求呢？前人通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，得到了各種各樣的的關(guān)聯(lián)式 4、摩擦因數(shù)圖 前面學(xué)過(guò)的摩擦因數(shù)，除了層流時(shí)比較簡(jiǎn)單外，其余各公式都比較復(fù)雜，用起來(lái)比較不方便。在工程計(jì)算中為了避免試差，一般是將通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出的 與 和 的關(guān)系，以為 參變量，以為 縱坐標(biāo)，以為 橫坐標(biāo)，標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上。如圖1-32所示，此圖稱(chēng)為莫狄摩擦因數(shù)圖。 1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式1.流體流動(dòng)層流區(qū)過(guò)渡區(qū)湍流區(qū)光滑管阻力

44、平方區(qū)湍流粗糙管區(qū)1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式層流區(qū) 1.流體流動(dòng)則流體的流動(dòng)阻力損失與流速的關(guān)系為，與無(wú)關(guān)，與成直線關(guān)系，即 過(guò)渡區(qū) 在此區(qū)內(nèi)，流體的流型可能是層流，也可能是湍流，視外界的條件而定，在管路計(jì)算時(shí)，為安全起見(jiàn)，對(duì)流動(dòng)阻力的計(jì)算一般將湍流時(shí)的曲線延伸查取的數(shù)值。 1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式湍流粗糙管區(qū) 1.流體流動(dòng)1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式 完全湍流區(qū)阻力平方區(qū) 1.流體流動(dòng)湍流光滑管區(qū) 1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式三、粗糙度對(duì) 影響1.流體流動(dòng)1、層流：粗糙度 對(duì) 無(wú)影響2、湍流當(dāng)在層流底層時(shí)， 則 對(duì) 無(wú)影響當(dāng)在湍流邊界層時(shí)， 則 對(duì) 有影響影響情況：1.5.3直

45、管阻力損失的計(jì)算式1.流體流動(dòng)四、實(shí)際管的當(dāng)量粗糙度 粗糙度的表示方法絕對(duì)粗糙度 ：是指壁面凸出平均高度相對(duì)粗糙度 ：是指絕對(duì)粗糙度與管徑的比值?；ど铣Ｓ霉艿赖漠?dāng)量絕對(duì)粗糙度如表1-1所示。 1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式五、非圓形管的當(dāng)量直徑 在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到非圓形截面的管道或設(shè)備。如套管換熱器環(huán)隙，列管換熱器管間，長(zhǎng)方形的通分管等 。其工程計(jì)算并不復(fù)雜，只要將管子的直徑換成當(dāng)量直徑就可以計(jì)算出Re等值。 對(duì)非圓形管的當(dāng)量直徑為：1.流體流動(dòng)問(wèn)題：矩形管和套管球隙的當(dāng)量直徑怎么樣求？1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式1、對(duì)長(zhǎng)a，寬b為的矩形管道 1.流體流動(dòng)但當(dāng)時(shí) ，此式誤差比較大。 2

46、、對(duì)于外管內(nèi)徑為 ，內(nèi)管外徑為 的套管環(huán)隙abr2r1r11.5.3直管阻力損失的計(jì)算式討論：1、當(dāng)量直徑不能用于計(jì)算流速u(mài)、流量qv、截面面積A1.流體流動(dòng)2、當(dāng)量直徑的定義是經(jīng)驗(yàn)性的，并無(wú)充分的理論依據(jù)。在求阻力損失中的 改成 即可求。3、流體在非圓形直管中層流時(shí)，其摩擦系數(shù) 要進(jìn)行修正。套管環(huán)隙 正方形截面 1.5.4 局部阻力的損失 流體在管徑流動(dòng)受到閥門(mén)管體阻礙，以及進(jìn)出突然擴(kuò)大或縮小等，在局部受到的阻力，稱(chēng)局部阻力。其計(jì)算方法有局部阻力系數(shù)法和當(dāng)量長(zhǎng)度法。1.流體流動(dòng)一、阻力系數(shù)法 這種方法是模仿直管阻力的計(jì)算公式，而將直管阻力系數(shù)必為局部阻力系數(shù)即可：1.5.4 局部阻力的損失確

47、定局部阻力系數(shù)1.流體流動(dòng)查手冊(cè)，可參考書(shū)表1-2和 圖1- 35、1-36實(shí)驗(yàn)測(cè)得計(jì)算1.5.4 局部阻力的損失1.流體流動(dòng)討論：1、由小截面突然變成很大截面，圖右1所示，其212、由大截面突然變成很小截面，圖右2所示，其3、選擇外側(cè)面，右圖所示，其4、選擇內(nèi)側(cè)面，右圖所示，其 在計(jì)算過(guò)程中，截面發(fā)生變化時(shí)，u則發(fā)生變化，在計(jì)算時(shí)，我們?nèi)∽畲蟮膗值（小管截面的平均速度u）進(jìn)行計(jì)算。1.5.4 局部阻力的損失二、當(dāng)量長(zhǎng)度法 1.流體流動(dòng) le稱(chēng)為管件或閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度，其單位為m，表示流體流過(guò)某一管件或閥門(mén)的局部阻力，相當(dāng)于流過(guò)一段與其具有相同直徑、長(zhǎng)度為le之直管阻力。 各種管件閥門(mén)的 le

48、值可查有關(guān)資料。見(jiàn)和圖1-36管件和閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度的共線圖。（共線圖的用法）。怎么用呢？ 下面來(lái)學(xué)習(xí)一下。 局部阻力損失計(jì)算 100mm 的閘閥 1/2 關(guān) le = 22m100mm 的標(biāo)準(zhǔn)三通 le = 2.2m100mm 的閘閥全開(kāi) le = 0.75m1.5.4 局部阻力的損失 注：當(dāng)我們進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，長(zhǎng)距離輸送是以直管阻力損失為主；車(chē)間管路常以局部阻力為主。 三、管路總能量損失 管路的總阻力損失的直管阻力損失與局部阻力損失之和。 1.流體流動(dòng)1.5.4 局部阻力的損失1、減少阻力損失 的方法1.流體流動(dòng)1.5.4 局部阻力的損失2、阻力損失的計(jì)算例1-3 如圖所示，將敞

49、口高位槽中密度861kg/m3、粘度0.64310-3Pas的溶液送入某一設(shè)備B中。設(shè)B中壓力為0.02MPa（表壓），輸送管道為383無(wú)縫鋼管，其直管段部分總長(zhǎng)為8m，管路上有一個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭、180 回彎頭一個(gè)，一個(gè)球心閥（全開(kāi)）。為使溶液能以3m3/h的流量流入設(shè)備中，問(wèn)高位槽應(yīng)高出設(shè)備多少米即z為多少米？1.流體流動(dòng)1.5.4 局部阻力的損失解：在1-1和2-2截面列柏努利方程：1.流體流動(dòng)已知：p1=0(表壓)，u1=0,he=0,z1-z2=z,p2=0.02MPa (表壓),u2可求，下面求u21.5.4 局部阻力的損失1.流體流動(dòng)查圖1.流體流動(dòng)1.5.4 局部阻力的損失1.5.4 局部阻力的損失1.流體流動(dòng)把以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程可得：1.6 液體輸送管路的計(jì)算本節(jié)的學(xué)習(xí)目的 掌握不同結(jié)構(gòu)管路