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后面的比前面的低,说明流体流过一段距离后,压强降低,流体的机械能减少,消耗了一部分能量。只有一种可能,流体在流动过程中存在阻力,流体在流动时要消耗一部分能量去克服阻力。流体流动的阻力一般由压强降ΔP(frictionloss)表示。也可用Hf压头表示。单位不同。二、流动阻力的来源前已所述,流体具有流动性。即没有固定形状,在外力作用下,其内部产生相对运动。另一方面,在运动的状态下,流体还有一种抗拒内在的、向前运动的特性,称为粘性(viscous)。粘性是流动性的反面第94页,共161页,星期日,2025年,2月5日以水在管内的流动为例实验证明,管内任一截面上各点的速度并不相同,中心处的速度最大,越靠近管壁流速越小。在管道壁处,水的质点粘附在管壁上,其速度为零。其它流体在管内流动时也有类似的规律流体在圆管内流动时,实际上是被分割成无数极薄的圆管层,一层套着一层,各层以不同的速度向前运动,形成速度梯度(velocitygradient)。yx?y?u推力圆管内分层流动示意图平板间液体速度变化图第95页,共161页,星期日,2025年,2月5日由于各层速度不同,层与层之间发生了相对运动。速度快的流体层对与之相邻的速度较快的流体层发生了一个推动其向运动方向前进的力;而同时速度慢的流体层对速度快的流体层也作用着一个大小相等,方向相反的力从而阻碍较快的流体层向前运动。这种流动着的流体内部相邻两层间的相互作用,称为流体的内摩擦力,是流体粘性的表现。流体在流动时的内摩擦力是流动阻力的内因流体在流动时,必须克服内摩擦力而做功,从而将流体的一部分机械能转变成热而损失。第96页,共161页,星期日,2025年,2月5日经过实验证明,相邻的两层流体之间,若层间的接触面积为S,层间距离为dy,则两层内摩擦力F为:τ=F/S=μdu/dyS—接触面积,du/dy—速度梯度,τ—剪应力(shearstress)从上述关系式可以看出,若取S=1,du/dy=1时,μ=F粘度的物理意义是:在单位接触面积上,速度梯度为1时,由流体粘性引起的内摩擦力的大小。显然,在流动条件相同时,流体的粘度越大,所产生的内摩擦力也就越大,流体流动时,阻力也就越大。第97页,共161页,星期日,2025年,2月5日三、流动阻力(flowresistance)流体流动时会产生阻力,因而损耗一部分能量。故柏努利方程在实际应用中要计阻力损失∑hf这一项。层流时,流体流动的阻力主要来自内摩擦力。当流体是湍流流动时,流体内部充满了大小旋涡,流体质点速度的大小与方向都发生急剧不规则变化,使质点不断相互碰撞并激烈交换位置,引起质点间的能量交换,于是便产生了湍流应(阻)力(包括内磨擦力),其结果也将损耗流体的能量。所以流体的粘性是产生流体阻力的内因,而流体的流动则是流体阻力产生的外因。第98页,共161页,星期日,2025年,2月5日流体阻力可分成直管阻力与局部阻力两类。a、直管阻力(linetuberesistance):指流体经过一定管径的直管时所产生的阻力。b、局部阻力(pipefittingresistance):指流体在流动过程中,由于某些局部障碍(如弯头、阀门、流量计等)所引起的阻力四、园管内流体流动阻力计算1、直管阻力计算流体的流况不一样,计算方法也不一样。A、滞流时的摩擦阻力流体在作层流时,是一层滑过一层的流动,流动阻力主要是流体的内摩擦力。第99页,共161页,星期日,2025年,2月5日根据牛顿粘性定律得:F=μ(du/dr)SS=2πrL(柱体表面积)F=-ΔPA0(A0=πr2,截面积)μ(du/dr)S=-ΔPA0μ(du/dr)2πrL=-ΔPfπr2-ΔPfrdr=2μLduLdrurR0drduA0Ru0第100页,共161页,星期日,2025年,2月5日积分得:ΔPfR2/2=2μLu0R=d/2u=u0/2u0=2u代入上式(滞流)ΔPf=32μuL/d2(pa)(1-50)上式说明由于摩擦阻力引起的压强降,流速越大,阻力越大。该式称为泊谡叶公式,也可写成(1-51a)
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