流体力学第四章 流动阻力及能量损失幻灯片.pptVIP

四、紊流流速分布 ?1. 粘性底层，紊流核心（圆管）的概念 ? 粘性底层：圆管作紊流运动时，靠近管壁处存在着一薄层，该层内流速梯度较大，粘性影响不可忽略，紊流附加切应力可以忽略，速度近似呈线性分布， 这一薄层就称为粘性底层。 ? 紊流核心：粘性底层之外的液流统称为紊流核心。 式中:n——随Re增大而减小的指数。 当4×104≤Re1.1×105时， n=1/6 当1.1×105≤Re 3.3×106时， n=1/7 例当Re≥3.3×106时， n=1/10 一般 平均速度v=(0.8~0.85)umax 2.圆管流速的指数规律分布 普兰特—卡门根据实验资料得出了圆管紊流流速分布的指数公式： 一。尼古拉兹实验曲线 第6节 沿层阻力系数的变化规律 ? 第1区——层流区，λ=f(Re)，λ=64/Re。 第2区——层流转变为紊流的过渡区，λ=f(Re)。 第3区——水力光滑管区，紊流状态Re3000,λ=f(Re)。 第4区——由“光滑管区”转向“粗糙管区”的紊流过渡区，λ=f(Re,K /d)。 第5区——水力粗糙管区或阻力平方区，λ=f(K/d)。 水流处于发展完全的紊流状态，水流阻力与流速的平 方成正比，故又称阻力平方区。 ????? 1. 圆管中沿程阻力系数的确定 ? 2.圆管紊流的流动分区：光滑区、粗糙区、过渡区。 根据粘性底层厚度δ1与管壁的粗糙度K的关系，任一圆管的壁面均可能呈下列三种水力状态： ? 水力光滑壁面（管）（hydraulic smooth wall）： 当管内流动雷诺数较小时，粘性底层厚度δ1较大，以至于 粘性底层足以覆盖全部粗糙，水流就象在光滑的壁面上流动一样。 水力粗糙壁面（管）（hydraulic rough wall）： ? 当粘性底层厚度δ1足够小，以致粗糙度K对紊流切应力起决 定性作用. 水力过渡区壁面（管）（transition region wall ）： 介于水力光滑管区与水力粗糙管区之间的区域的紊流阻力受粘性和紊动同时作用，这个区域称为过渡区。 二 工业管道紊流阻力系数的计算公式 一、莫迪实验 实验对象: 不同直径 工业管道 不同流量 不同相对粗糙度 实验条件: 莫迪图 莫迪实验曲线的五个区域 1. 层流区 2. 临界区 3. 光滑管区 5. 完全紊流粗糙管区 4. 过渡区 三.粗糙管的沿程阻力系数的半经验公式 ? a. 光滑管区? 尼古拉兹公式 适用范围：Re=5×104~3×106。 布拉修斯公式 : 适用范围：Re≤105 b. 粗糙管区 尼古拉兹公式 适用范围： 或 c.紊流λ的综合计算公式 ? 考尔布鲁克公式 ? 巴赞（Barr）公式???? ? 式中：?K——当量粗糙高度，是指和工业管道粗 糙管区l值相等的同直径人工粗糙管的粗糙高度。工 业管道的“当量粗糙高度”反映了糙粒各种因素对沿 程损失的综合影响。 适用范围：适用于圆管紊流的过渡区，也适用于 光滑管区和粗糙管区。 四 非圆管的沿程损失 与圆形管道相同之处: 沿程损失计算公式 雷诺数计算公式 上面公式中的直径d需用当量直径de来代替。 与圆形管道不同之处: 非圆形管道沿程损失的计算 当量直径为4倍有效截面与湿周之比，即4倍水力半径。 2、当量直径D 1.水力半径有效截面与湿周之比 3、几种非圆形管道的当量直径计算 a.充满流体的矩形管道 b.充满流体的圆环形管道 d2 d1 c.充满流体的管束 S1 S1 S2 d 【例】 有一长方形风道长 　40m，截面积Ａ＝　0.5×0.8m2，管壁绝对粗糙度 K= 0.19mm，输送t=20℃的空气，流量 21600m3/h，试求在此段风道中的沿程损失。 【解】 平均流速 (m/s) 当量直径 (m) 20℃空气的运动黏度 1.63×10-5m2/s， 密度 1.2kg/m3。 雷诺数 相对粗糙度 查莫迪曲线图得 沿程损失 = (m 空气柱) 沿程压强损失