第四章流動阻力和能量損失

i4-1沿程損失和局部損失一、流動阻力和能量損失的分類

沿程水頭損失局部水頭損失沿程壓強損失局部壓強損失λ—沿程阻力系數(shù)，又稱沿程損失系數(shù),

無單位

ζ—局部損失系數(shù)，無單位i4-2

層流與紊流、雷諾數(shù)1、流態(tài)是哪兩種？2、兩種流態(tài)的如何劃分？3、如何計算判斷流態(tài)？

層流紊流臨界雷諾數(shù)雷諾數(shù)層流紊流其中：d為定性尺寸

流動分析

雷諾數(shù)Re的物理意義

層流底層紊流核心——管中心處過渡區(qū)層流底層——靠近壁面處第3節(jié)圓管中的層流運動層流速度分布層流的平均速度和最大速度之間的關(guān)系層流的沿程阻力系數(shù)：第4節(jié)圓管中的層流運動一、均勻流動方程式一、均勻流動方程式均勻流動方程式第4節(jié)圓管中的層流運動圓管中的層流運動速度分布水力坡度【例1】有一管徑d＝50mm的油管，管長為500m，管內(nèi)流量為50L/min，油的運動粘度為＝1.31×10-5m2/s

1）判斷管中油流的流態(tài)；

2）求其沿程阻力。

【解】管內(nèi)斷面平均流速是

管內(nèi)雷諾數(shù)是

流動為層流。

【例2】有一管徑d＝200mm的送風管道，風速v＝3.0m/s，風的運動粘滯系數(shù)為＝16.6×10-6m2/s,判斷管中氣流的流態(tài)；求該風道的臨界流速。【解】（1）雷諾數(shù)是

為紊流流態(tài)。

（2）求臨界流速第5節(jié)紊流運動1、紊流特征2、處理處理的方法3、紊流阻力4、紊流流動情況5、Re數(shù)的物理意義一、紊流特征紊流的特征為：脈動現(xiàn)象紊流的特征為：脈動現(xiàn)象2、紊流的特征與時均化

紊流是不規(guī)則的流動，脈動性是主要特征。脈動是隨機的，統(tǒng)計平均方法是基本研究手段，通常使用時均法：二、慣性阻力流層之間除粘性剪切力以外由于存在動量交換，引起由于慣性力所導致的切應(yīng)力，稱慣性阻力二、流動阻力層流紊流粘性阻力慣性阻力二、Re數(shù)的意義三、層流底層紊流核心——管中心處過渡區(qū)層流底層——靠近壁面處紊流小結(jié)1、紊流特征——脈動2、處理紊流脈動的方法——時均法3、紊流阻力——慣性阻力4、紊流流動情況——層流底層

第6節(jié)

紊流的沿程水頭損失一、尼古拉茲實驗1、沿程阻力系數(shù)影響因素分析2、尼古拉茲實驗3、實驗結(jié)果

第6節(jié)

紊流的沿程水頭損失一、尼古拉茲實驗

尼古拉茲在人工均勻砂粒粗糙的管道中進行了系統(tǒng)的沿程阻力系數(shù)和斷面流速分布的測定。

1、沿程阻力系數(shù)影響因素的分析沿程阻力系數(shù)λ，主要取決于Re和壁面粗糙這兩個因素。相對粗糙度K/d

相對粗糙度的概念：

尼古拉茲實驗2、尼古拉茲實驗結(jié)果2、尼古拉茲實驗結(jié)果（1）層流區(qū)（Ⅰ線）（2）臨界過渡區(qū)（Ⅱ線）（3）紊流光滑區(qū)（Ⅲ線）（4）紊流過渡區(qū)（Ⅳ區(qū)）（5)紊流粗糙區(qū)（Ⅴ區(qū)）

粗糙度對紊流的影響1)沿程阻力系數(shù)(紊流光滑區(qū))實驗結(jié)論二、的計算公式

2)沿程阻力系數(shù)(紊流粗糙區(qū))實驗結(jié)論1、人工粗糙管的計算公式

2、工業(yè)管道的計算公式1）當量粗糙度的概念

2）計算公式3）莫迪圖1）紊流過渡區(qū)分析2）紊流過渡區(qū)計算公式

λ=f(Re，K/d)柯列勃洛克公式3）莫迪圖適合紊流三區(qū)柯列勃洛克公式適合紊流三區(qū)布拉修斯經(jīng)驗公式3、紊流三區(qū)經(jīng)驗公式1)粗糙區(qū)希弗林松經(jīng)驗公式2)粗糙區(qū)3)過渡區(qū)

阿里蘇特里經(jīng)驗公式（適合三區(qū)）4、謝才公式和謝才系數(shù)謝才系數(shù)曼寧公式三非圓管沿程損失

可以用de代替

d

沿用園管流的方法處理非園管的問題

【例4-4】在直徑d＝300mm相對粗糙度K/d＝0.002的工業(yè)管道內(nèi)，運動粘度為1×10-6m2/s，＝999.23kg/m3水以3m/s的速度運動。試求：管長l＝300m的管道內(nèi)的沿程水頭損失。查莫迪圖＝0.0238，處于粗糙區(qū)。計算得＝0.0235

【例4-5】修建長300m的鋼筋混凝土輸水管，直徑d＝250mm，通過流量為200m3/h。試求沿程水頭損失?！窘狻勘绢}采用謝才公式計算（1）計算謝才系數(shù)C查表4-2，取n＝0.013【例4-6】某鋼板制風道，斷面尺寸為400mm×200mm，管長為80m，管內(nèi)平均流速為10m/s，空氣溫度為20℃，求壓強損失?？諝鉁囟葹?0℃，查表，＝15.7×10-6m2/s鋼制風道，K＝0.15mm查圖得＝0.0195【例4-7】斷面積A＝0.48m2的正方形管道、寬為高的三倍的矩形管道和圓形管道。分別求出它們的濕周、水力半徑和當量直徑。寬為高的三倍的矩形方形圓形面積（m2）0.480.480.48濕周x（m）3.202.772.45水力半徑R（m）0.1500.1740.195當量直徑de（m）0.600.690.78

第七節(jié)管流的局部損失

非均勻流產(chǎn)生局部損失，例如三通、閥門、彎頭、大小頭等，幾種典型的局部阻力：

流體的慣性減速增壓減速增壓減速增壓流體的慣性流體的慣性流體的慣性

彎頭局部損失二次流緩急彎有區(qū)別流體的慣性二次流流體的慣性二次流流體的慣性流體的慣性減速增壓

不同的管道進口

、局部損失（minorloss）的一般分析產(chǎn)生原因分析：局部速度的改變，速度分布的重組。計算表達式紊流時

層流時

二、變管徑局部損失突然擴大

管道出口

2、突然縮小

管道進口

四、三通的局部阻力

三通的局部阻力系數(shù)例題例題例題：求高差H

習題4-32

第九節(jié)、減小阻力的措施減小沿程阻力：1、適當加大管徑（阻力平方區(qū)d