《流体力学》第四章 流动阻力和能量损失4.6-4.7.ppt

尼古拉兹实验是对人工均匀粗糙管进行的,而工业管道的实际粗糙与均匀粗糙有很大不同,因此,不能将尼古拉兹实验结果直接用于工业管道。 在光滑区工业管道的实验曲线和尼古拉兹曲线是重叠的，因此，流动位于阻力光滑区时，工业管道λ的计算可以采用尼古拉兹的实验结果。 在粗糙区，工业管道和尼古拉兹的实验曲线都是与横坐标轴平行。这就存在用尼古拉兹粗糙区公式计算工业管道的可能性。问题在于如何确定工业管道的K值。 当量糙粒高度:和工业管道粗糙区λ值相等的同直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度。 λ计算公式 紊流光滑区： 紊流粗糙区： 　在过渡区，工业管道实验曲线和尼古拉兹曲线存在较大差异。表现为： 在工业管道实验曲线的过渡区曲线在较小的Re下就偏离光滑曲线。 随Re的增加平滑下降，而尼古拉兹曲线则存在上升部分。 柯列勃洛克公式(略) 它是尼古拉兹光滑区和粗糙区公式的结合． 它不仅可适用于紊流过渡区，而且可以适用于整个紊 流的三个阻力区，也可称其为紊流的综合公式． 如何确定流动处在哪个紊流阻力区？ 紊流光滑区： 紊流过渡区： 紊流粗糙区： 在柯式公式的基础上又提出了一些简化公式 莫迪公式(略) 阿里特苏里公式（略） 例4-6:在管径100mm,管长300m的圆管中,流动着10℃的水,其雷诺数为80000,,求下列三种情况的水头损失.1.内壁为K=0.15mm的均匀沙粒的人工粗糙管.2.为光滑铜管(流动处于紊流光滑区.3.为工业管道,当量糙粒高度K=0.0015m. 解: 1.图4-11,尼古拉兹粗糙管沿程阻力系数 2.(1)公式 (2)图4-11,尼古拉兹粗糙管沿程阻力系数 (3)图4-14,莫迪图 3.图4-14,莫迪图 例4-7:管径300mm, K/d=0.002工业管道,运动粘滞系数 10-6m2/s,密度999.23kg/m3, 流速3m/s,求管长300m的沿程水头损失. 粗糙区 查莫迪图 例4-8:如管道长度不变,允许的水头损失不变,若管径增大一倍,不计局部损失,问三种情况下流量增大多少倍? 例4-9:如图,水箱底部接一水管,不计进口损失,λ为常数,若H,d,l给定，问什么条件下１. Ｑ不随Ｌ而变？２.Ｑ随Ｌ加大而增加？３.Ｑ随Ｌ加大而减小？ 第七节 非圆管的沿程损失 怎么把非圆管折合成圆管? 水力半径 当量直径 水力半径:过流断面面积和湿周之比。 非圆管流中的流态判断的临界雷诺数仍为2000。 应用当量直径计算非圆管的能量损失，并不适用于所有情况。 例4-10：断面面积为0.48m2的正方形管道、宽为高的三倍的矩形管道和圆形管道，求１.湿周和水力半径２.正方形和矩形管道的当量直径 解:正方形管道、矩形管道、圆形管道的尺寸为： 计算结果说明:当流量和断面积等条件相同时,方形管道比矩形管道水头损失少,而圆形管道又比方形管道水头损失少.从减少水头损失的观点来看,圆形断面是最佳的。 例4-11:钢板制风道,400×200mm,80m长,流速10m/s, 20℃，求压强损失． 查莫迪图，得λ * * 第六节 工业管道紊流阻力系数的计算公式 0.06 2×103 2 5 2 105 104 5 5 106 A 0.04 0.02 B C Ⅲ Ⅴ Ⅳ A Ⅱ 曲线的比较 A:尼古拉兹曲线 B:2英寸镀锌钢管 C：5英寸新焊接钢管 (尼古拉兹 光滑区公式) (尼古拉兹 粗糙区公式) (布拉修斯公式) (希弗林松公式) 半经验公式 纯经验公式 0.06 2×103 2 5 2 105 104 5 5 106 A 0.04 0.02 B C Ⅲ Ⅴ Ⅳ A Ⅱ 图4-13 曲线的比较 紊流过渡区 A:尼古拉兹曲线 B:2英寸镀锌钢管 C：5英寸新焊接钢管 在 时和柯氏公式比较,误差不超过5%。 0.024 解：1、 2、 3.流动为紊流粗糙区 2.流动为紊流光滑区 1.流动为层流 对于圆管： 对于矩形管： 对于方形管： 对矩形、方形、三角形结果接近，但对长缝形和星形断面差别较大。 应用于层流时，误差较大。 各当量直径分别为: 正方形 圆形 矩形 正方形 矩形 圆形