化工原理（上册） 教学课件 作者 钟理伍钦马四朋 主编 上册( 第1章) 流体流动 （湍流阻力损失）.pptVIP

尚辅网 尚辅网 依据一定的原则，将几个变量组合成一个无因次数群。用无因次数群代替原来若干变量进行实验，以得到可应用的公式。这一方法称为量纲分析方法。 因某些研究问题过于复杂，以至不能建立数学表达式或难以用数学方法求解。转而用实验方法。 量纲分析法的基础是：因次一致性的原则和π定理。 设影响某现象的物理量为n个，这些物理量的基本因次为m个，则该物理现象可用N=n-m个独立的无因次数群的幂函数表示，此即为π定理。 摩擦系数的影响因素可用以下的一般式表示： 整理，得： λ只与两个无因次数群有关。 光滑管 （1）柏拉修斯(Blasius)式： （2） 顾毓珍公式： （3）尼库拉则与卡门公式： 粗糙管 （1）顾毓珍公式： 粗糙管 （2）尼库拉则公式： 尚辅网 例 如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，压力表之后管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw. H=20m H1=2m 尚辅网 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；由题意知， （2）泵轴功率，kw； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， u0= u1=0，p1= p0=0（表压）, H0=0，H=20m 代入方程得： 尚辅网 代入方程得： 又 故 如何确定湍流时阻力系数与雷诺数和相对粗糙度的关系呢？ 量纲分析法是工程实验研究中常使用的方法。 欲确定阻力系数，只需要实验确定指数b和e即可。 * * 尚辅网 三、湍流时的阻力损失计算 湍流时： 计算的关键：摩擦阻力系数。 层流时： 尚辅网 本节主要内容： 经验公式 莫狄图 1、管壁粗糙度对摩擦系数的影响2、量纲分析法(因次分析法)3、湍流摩擦系数的求算 尚辅网 湍流运动时，管壁的粗糙度对阻力、能量的损失有较大的影响。 绝对粗糙度? ：管壁粗糙部分的平均高度。 相对粗糙度? /d：绝对粗糙度与管道直径的比值。 d u ε 1、管壁粗糙度对摩擦系数的影响 尚辅网 材料与加工精度； 光滑管：玻璃管，铜管等； 粗糙管：钢管、铸铁管等。 使用时间； 绝对粗糙度可查表或相关手册。 粗糙度的产生 尚辅网 d u δbb ε δb ε 层流运动 流体运动速度较慢, 与管壁碰撞不大，因此?对阻力、摩擦系数无影响，?只与Re有关。层流时，? 在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。 粗糙度对摩擦系数的影响 尚辅网 δb ε δbε δbε ε d δb u d u δbb ε δb ε ，Re?? δb ? ? 质点通过凸起部分时产生漩涡 ? 能耗? ? 对摩擦系数有影响。 湍流运动 阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。 尚辅网 湍流运动时流体的直管阻力为： ?为阻力系数， 湍流运动时阻力ΣWf在形式上与层流相同。 尚辅网 2、量纲分析法(因次分析法) 什么是量纲分析方法？ 尚辅网 引入量纲分析方法可使实验变量减少、实验数据关联过程得以简化。 为什么要用量纲分析方法？ 尚辅网 2、量纲分析法(因次分析法) 因次一致性的原则：一个能合理反映物理现象的方程，其等号两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。 量纲分析方法的原理 尚辅网 此类无因次数群称为准数。 尚辅网 也可写成幂指数形式： 尚辅网 利用量纲分析法 式中六个物理量的因次分别为： （1） 尚辅网 将上面六个式代入（1）式，得： 尚辅网 根据因次一致性原则，得： 尚辅网 将方程解代入原方程（1）整理，得： （1） 尚辅网 湍流摩擦阻力系数的通式： 尚辅网 3、湍流摩擦系数的求算 经验公式 适用范围： 常见的几种解析式有： 尚辅网 适用范围： 尚辅网 适用范围： 尚辅网 适用范围： 尚辅网 适用范围：达到完全湍流 尚辅网 莫狄图 (1) 层流区 (2) 过渡区 (3) 湍流区 (4) 完全湍流区(阻力平方区) 尚辅网 滞流区 过渡区 湍流区 完全湍流，粗糙管 光滑管 Re ?/d ? 摩擦系数与雷诺准数、相对粗糙度的关系 (双对数坐标) 尚辅网 圆管 A— 管道截面积 ?— 浸润周边长度 当量直径法： a b 矩形管 R r 环形管 4. 流体在非圆直管中的阻力 尚辅网 流体流经管件时，其速度的大小、方向等发生变化，出现漩涡，内摩擦力增大，形成局部阻力。 常见的局部阻力有： 突扩 突缩 弯头 三通 四、局部阻力