流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力ppt課件.ppt

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1、1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力1.4.1流體流動(dòng)的型態(tài)1.4.2邊界層概念1.4.3流體流經(jīng)管路的阻力損失1.4.4直管阻力損失1.4.5局部阻力損失1.4.6總管路阻力損失1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力1.4.1流體流動(dòng)的型態(tài)雷諾實(shí)驗(yàn)（一）雷諾實(shí)驗(yàn)及流體流型流體的流型層流，或者滯流湍流，或者紊流1883年英國(guó)雷諾過渡流：不穩(wěn)定流層流：流體質(zhì)點(diǎn)很有秩序地分層順著軸線平行流動(dòng)，不產(chǎn)生流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀混合。湍流：流體質(zhì)點(diǎn)沿管軸線方向流動(dòng)的同時(shí)還有任意方向上的湍動(dòng)（占主要地位），因此空間任意點(diǎn)上的速度都是不穩(wěn)定的，大小和方向不斷改變。過渡流：流體質(zhì)點(diǎn)在管路軸

2、向和徑向上有著相當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。此流動(dòng)形態(tài)可能發(fā)展為層流亦可能發(fā)展為湍流。后者的可能性更大。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力湍流流體的流速波形反映了湍動(dòng)的強(qiáng)弱與頻率，同時(shí)也說明宏觀上仍然有一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)間平均值。其它參數(shù)如溫度、壓強(qiáng)等也有類似性質(zhì)。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力（二）流型的判別依據(jù)——雷諾數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)：流型判別：Re≤2000穩(wěn)定的層流區(qū)2000＜Re＜4000由層流向湍流過渡區(qū)Re≥4000湍流區(qū)影響因素：流速u、流體密度ρ、粘度μ、管徑d1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力雷諾數(shù)Re的物理意義：流體剪應(yīng)力（粘性力）：使流體保持有序的層流流動(dòng)流體慣性

3、力：使流體質(zhì)點(diǎn)作無序的自由運(yùn)動(dòng)u↑→慣性力主導(dǎo)→湍流程度↑ρ↑→慣性力↑→湍流程度↑μ↓→粘性力↓→湍流程度↑1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力1.4.2邊界層概念（一）平壁邊界層的形成及其發(fā)展定義：通常把從流速為0的壁面處至流速等于主體流速u0的99%處之間的區(qū)域稱為邊界層。湍流邊界層邊界層界限u0yu0層流邊界層層流底層xu01.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力發(fā)展：x較小→邊界層厚度δ較小→u較小→層流邊界層；x↑→δ↑→u↑→湍流↑→湍流邊界層；但層流底層（層流內(nèi)層）始終存在。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力邊界層內(nèi)流體的流型可由Rex=xu0ρ/μ值來決定

4、，對(duì)于光滑的平板壁面，當(dāng)Rex≤2×10５時(shí)，邊界層內(nèi)的流動(dòng)為滯流；當(dāng)Rex≥3×10６時(shí)，為湍流；Rex值在2×10５～3×10６的范圍內(nèi)，可能是滯流，也可能是湍流。厚度：對(duì)于滯流邊界層：對(duì)于湍流邊界層(5×10５

5、阻力進(jìn)口段長(zhǎng)度x0：層流時(shí)：u為管截面的平均流速。層流內(nèi)層厚度δb：Re<10時(shí)：Re值愈大，滯流底層厚度愈薄如在內(nèi)徑d為100mm的導(dǎo)管中，Re=1×104時(shí)，δb=1.95mm；當(dāng)Re=1×105時(shí)，δb=0.26mm。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力測(cè)量點(diǎn)位置：滯流時(shí)：取x0=(50～100)d湍流時(shí)：取x0=(40～50)d（三）圓柱和球體的邊界層——邊界層的分離1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力正常情況下流體流動(dòng)情況（三）圓柱和球體的邊界層——邊界層的分離倒流分離點(diǎn)u0DAC’CBx1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力AB：流道縮小，順壓強(qiáng)梯度，加速減壓B

6、C：流道增大，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，產(chǎn)生形體阻力或漩渦阻力1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力C’駐點(diǎn)分離點(diǎn)邊界層1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力故：粘性流體繞過固體表面的阻力為摩擦阻力與形體阻力之和。兩者之和又稱為局部阻力。流體流經(jīng)管件、閥門、管子進(jìn)出口等局部的地方，由于流動(dòng)方向和流道截面的突然改變，都會(huì)發(fā)生上述的情況。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流體通過管束時(shí)的情況1.4.3流體流經(jīng)管路的阻力損失1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力總阻力損失：直管阻力：由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻

7、力：流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力有外功加入的實(shí)際流體的柏努利方程式為：上式各項(xiàng)乘以流體密度ρ，并整理得：1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力定義：ΔPf=ρ∑hf，流體因?yàn)榱鲃?dòng)阻力而引起的壓強(qiáng)降。上式說明，ΔPf并不是兩截面間的壓強(qiáng)差ΔP。在一般情況下，二者在數(shù)值上不相等。只有當(dāng)流體在一段既無外功加入、水平等徑管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因We=0，ΔZ=0，Δu2/2=0，才能得出兩截面間的壓強(qiáng)差ΔP與壓強(qiáng)降ΔPf在數(shù)值上相等。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力1.4.4直管阻力損失（一）計(jì)算通式因摩

8、擦阻力而引起的壓力降：流體的比能損失：流體的壓頭損失：PaJ/kgm范寧公式λ是無因次的系數(shù)，稱為摩擦阻力系數(shù)。1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力（二）層流時(shí)的速度分布和摩