流體的流動3節(jié)

1、主講：趙曉華主講：趙曉華第第2 2章章 流體的流動過程和輸送機(jī)械流體的流動過程和輸送機(jī)械第第2章章 流體的流動過程和輸送機(jī)械流體的流動過程和輸送機(jī)械 流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式1流體流動基本規(guī)律流體流動基本規(guī)律2流體流動阻力流體流動阻力3管路計算管路計算4流速和流量的測量流速和流量的測量5流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械6第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章） 一一.牛頓黏性定律與流體的黏度牛頓黏性定律與流體的黏度 二二. 流體的流動現(xiàn)象流體的流動現(xiàn)象 三三. 流體管內(nèi)流動阻力的計算流體管內(nèi)流動阻力的計算第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）一一. .

2、牛頓黏性定律與流體的黏度牛頓黏性定律與流體的黏度 牛頓黏性定律牛頓黏性定律 黏性：黏性：流體具有一種抗拒內(nèi)在向前運動的特性。流體具有一種抗拒內(nèi)在向前運動的特性。黏性是流動性的反面；黏性是流動性的反面；實際流體都具有黏性；實際流體都具有黏性；黏性是流體在流動中表現(xiàn)出來的一種物理屬性。黏性是流體在流動中表現(xiàn)出來的一種物理屬性。黏滯力（黏性摩擦力）：黏滯力（黏性摩擦力）： 運動著的流體內(nèi)部相鄰兩運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力。流體層間的相互作用力。是流體黏性的表現(xiàn)，是流動阻力產(chǎn)生的依據(jù)。是流體黏性的表現(xiàn)，是流動阻力產(chǎn)生的依據(jù)。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）牛頓黏

3、性定律牛頓黏性定律yu0yxu=0u推力推力式中式中 F: :內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力；S:兩層間接觸面積兩層間接觸面積（F與與S S平行）；平行）； :剪應(yīng)力，指單位面積上的內(nèi)摩擦力剪應(yīng)力，指單位面積上的內(nèi)摩擦力； : :速度梯度速度梯度； : :比例系數(shù)比例系數(shù)。 uyuFSy實驗證明：實驗證明：或或FuSy第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章） 當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度變化并不是直線當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度變化并不是直線關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則：關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則：dudy牛頓黏性定律牛頓黏性定律：黏滯系數(shù)（動力黏度），簡稱為流體的黏度；黏滯系數(shù)（動力黏度），簡稱為流

4、體的黏度；流體黏性越大，其值也越大。流體黏性越大，其值也越大。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）2.2.流體的黏度流體的黏度 上式可以改寫為：上式可以改寫為：dudy 是流體的物性參數(shù)之一。是流體的物性參數(shù)之一。 黏度總是與速度梯度相關(guān)聯(lián)，只有在運動時才黏度總是與速度梯度相關(guān)聯(lián)，只有在運動時才顯現(xiàn)出來。顯現(xiàn)出來。SI制制：Pas物理制物理制： P(泊泊）或或 cP(厘泊厘泊） ( )gPcm s換算關(guān)系換算關(guān)系: : 1 Pas1000cP=10P . .單位單位 第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章） . .影響因素影響因素 液體液體: : T ；壓強(qiáng)

5、基本不影響；壓強(qiáng)基本不影響；氣體氣體: : T ；p ，壓強(qiáng)的影響一般壓強(qiáng)的影響一般可以忽略，只有在超高壓或極低壓強(qiáng)下才可以忽略，只有在超高壓或極低壓強(qiáng)下才考慮壓強(qiáng)的影響?？紤]壓強(qiáng)的影響。 值可由實驗測定；值可由實驗測定； 一些液體和氣體可從手冊或附錄中查出；一些液體和氣體可從手冊或附錄中查出； 混合物的數(shù)據(jù)缺乏實驗數(shù)據(jù)時，可采用經(jīng)驗公混合物的數(shù)據(jù)缺乏實驗數(shù)據(jù)時，可采用經(jīng)驗公式估算。式估算。 . .黏度數(shù)據(jù)的獲取黏度數(shù)據(jù)的獲取 第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章） . . 運動粘度運動粘度 ( (粘度粘度與密度與密度之比之比) )單位：單位：SI制制：m2/s 物理制物理制

6、： cm2/s 簡稱沲簡稱沲，以以St表示。表示。 換算關(guān)系換算關(guān)系: : 1 St 100 cSt =10 -4 m2/s. .理想流體理想流體 曾假設(shè)理想流體，流動時不產(chǎn)生阻力即流動時曾假設(shè)理想流體，流動時不產(chǎn)生阻力即流動時沒有摩擦損失，認(rèn)為內(nèi)摩擦為零，故理想流體的沒有摩擦損失，認(rèn)為內(nèi)摩擦為零，故理想流體的=0=0。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）3.3.牛頓型流體與非牛頓型流體牛頓型流體與非牛頓型流體.流變方程、流變圖流變方程、流變圖 牛頓型流體：牛頓型流體：服從牛頓黏性定律的流體；所有氣服從牛頓黏性定律的流體；所有氣體和大多數(shù)液體都屬于這一類。體和大多數(shù)液體都屬

7、于這一類。.非牛頓型流體：非牛頓型流體：不遵循牛頓黏性定律的流體；在不遵循牛頓黏性定律的流體；在化工生產(chǎn)中也較常見。化工生產(chǎn)中也較常見。 牛頓黏性定律可改寫為：牛頓黏性定律可改寫為：dudy 流變方程流變方程第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）v 牛頓型流體在流變圖中為牛頓型流體在流變圖中為過原點的直線。過原點的直線。. .非牛頓型流體的分類非牛頓型流體的分類 在直角坐標(biāo)圖上標(biāo)繪在直角坐標(biāo)圖上標(biāo)繪與與 關(guān)系的圖關(guān)系的圖, ,稱為稱為流變圖流變圖。()dudy第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）二二. .流體的流動現(xiàn)象流體的流動現(xiàn)象1.1.流體的流動型態(tài)與

8、雷諾準(zhǔn)數(shù)流體的流動型態(tài)與雷諾準(zhǔn)數(shù)實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象雷諾實驗雷諾實驗實驗裝置實驗裝置第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）實驗揭示的規(guī)律實驗揭示的規(guī)律v 流體流動有兩種截然不同的類型：滯流和湍流；流體流動有兩種截然不同的類型：滯流和湍流；v 流速流速u、管徑、管徑d、流體黏度、流體黏度和密度和密度等均對流體流等均對流體流動狀況有影響。動狀況有影響。. .流動類型的判據(jù)流動類型的判據(jù)Reynolds（雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re）Reduv 經(jīng)分析經(jīng)分析Re為一無因次數(shù)群；為一無因次數(shù)群；v 計算時，無論采用何種單位制，只要各種量的單計算時，無論采用何種單位制，只要各種量的單位一致得出的位

9、一致得出的Re值必相等；值必相等；第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）流動類型的判斷（采用流動類型的判斷（采用Re判斷）判斷）v Re2000時，流動為時，流動為滯流滯流，此區(qū)稱為滯流區(qū)；，此區(qū)稱為滯流區(qū)；v Re4000時，一般出現(xiàn)時，一般出現(xiàn)湍流湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；，此區(qū)稱為湍流區(qū)；v 2000 Re 4000 時，流動可能是層流，也可能是時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)過渡區(qū)。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）2.2.滯流與湍流滯流與湍流滯流的特點：滯流的特點：流體在管內(nèi)作滯流流動時，流體的流體在管

10、內(nèi)作滯流流動時，流體的質(zhì)質(zhì)點作一層滑過一層的位移，層與層之間點作一層滑過一層的位移，層與層之間無明顯的干擾無明顯的干擾。層間分子因分子擴(kuò)散而。層間分子因分子擴(kuò)散而轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移。流體的流速按斷面呈拋物線分布流體的流速按斷面呈拋物線分布, ,緊靠管壁的流體流速為零。管中央的流緊靠管壁的流體流速為零。管中央的流速最大，速最大，平均流速為最大流速的平均流速為最大流速的0.50.5倍倍。簡言之：簡言之：質(zhì)點質(zhì)點只有軸向流動速度只有軸向流動速度，無徑向流動速度無徑向流動速度，速度分布曲線速度分布曲線沿管徑呈拋物線規(guī)律沿管徑呈拋物線規(guī)律。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）湍流的特點：湍流

11、的特點：流體在管內(nèi)作湍流流動時，流體在管內(nèi)作湍流流動時，流體質(zhì)點有流體質(zhì)點有劇烈的騷擾渦動劇烈的騷擾渦動，一層滑過一層的黏性流一層滑過一層的黏性流動基本消失動基本消失，只在靠近管壁處還保留有滯只在靠近管壁處還保留有滯流狀態(tài)流狀態(tài)?？拷鼙谔幍牧魉贋榱?。接近管靠近管壁處的流速為零。接近管中央相當(dāng)大的范圍內(nèi)流體的流速接近于最中央相當(dāng)大的范圍內(nèi)流體的流速接近于最大流速，大流速，平均流速為最大流速的平均流速為最大流速的0.80.8倍倍。簡言之：簡言之：質(zhì)點既有質(zhì)點既有軸向流動速度，又有徑向流動速軸向流動速度，又有徑向流動速度度，速度分布曲線，速度分布曲線不再是嚴(yán)格的拋物線不再是嚴(yán)格的拋物線。工業(yè)上輸送

12、流體時大多數(shù)是以湍流形態(tài)進(jìn)行的。工業(yè)上輸送流體時大多數(shù)是以湍流形態(tài)進(jìn)行的。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）討論：討論：流體在直管內(nèi)流動的阻力來源流體在直管內(nèi)流動的阻力來源湍流：湍流：流動阻力除來自流體黏性引起的內(nèi)摩擦外，流動阻力除來自流體黏性引起的內(nèi)摩擦外，還來自于流體內(nèi)部質(zhì)點不規(guī)則遷移、脈動和還來自于流體內(nèi)部質(zhì)點不規(guī)則遷移、脈動和碰撞（漩渦）等所產(chǎn)生的附加阻力。碰撞（漩渦）等所產(chǎn)生的附加阻力。滯流：滯流：流動阻力來自流體本身具有的黏性而引起流動阻力來自流體本身具有的黏性而引起的內(nèi)摩擦；的內(nèi)摩擦；dudy()duedy第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）

13、章）3.3.邊界層的概念邊界層的概念. .邊界層的形成邊界層的形成流體在平板上流動時的邊界層流體在平板上流動時的邊界層xy第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）v流動邊界層流動邊界層：當(dāng)流體流經(jīng)固體壁面時，由于流體當(dāng)流體流經(jīng)固體壁面時，由于流體 具有黏性，在垂直流體流動方向上產(chǎn)生具有黏性，在垂直流體流動方向上產(chǎn)生 了速度梯度，了速度梯度，在靠近壁面具有明顯速度在靠近壁面具有明顯速度 梯度的流體層梯度的流體層，稱為，稱為流動邊界層流動邊界層，簡稱，簡稱 邊界層邊界層。v外流區(qū)外流區(qū)(主流區(qū)主流區(qū))：邊界層以外，黏性不起作用，邊界層以外，黏性不起作用， 速度梯度可視為零的區(qū)域。速

14、度梯度可視為零的區(qū)域。v邊界層理論提出的出發(fā)點邊界層理論提出的出發(fā)點第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .邊界層的發(fā)展邊界層的發(fā)展流體在平板上的流動流體在平板上的流動 邊界層的發(fā)展過程中，邊界層內(nèi)流體的流型可能邊界層的發(fā)展過程中，邊界層內(nèi)流體的流型可能是滯流也可能是由滯流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌Ｊ菧饕部赡苁怯蓽鬓D(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌５诘谌?jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）流體在圓形直管的進(jìn)口段內(nèi)的流動流體在圓形直管的進(jìn)口段內(nèi)的流動完全發(fā)展了完全發(fā)展了的流動的流動z在完全發(fā)展了的流動形成以后，邊界層厚度在完全發(fā)展了的流動形成以后，邊界層厚度 等于圓管的半徑等于圓管的半徑穩(wěn)定

15、段長度穩(wěn)定段長度（進(jìn)口段長度）（進(jìn)口段長度）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）z確定穩(wěn)定段的長度確定穩(wěn)定段的長度x xo o：湍流：湍流：Re05. 00dx50400dx層流：層流：(Reduu：管截面平均流速管截面平均流速）注意：注意： 測定圓管內(nèi)截面上速度分布曲線時，測試點或測定圓管內(nèi)截面上速度分布曲線時，測試點或其它儀表在管道上的安裝位置必須選在圓管中流其它儀表在管道上的安裝位置必須選在圓管中流體速度分布保持不變的平直部分，即此處到入口體速度分布保持不變的平直部分，即此處到入口處或轉(zhuǎn)彎等處的距離應(yīng)大于處或轉(zhuǎn)彎等處的距離應(yīng)大于x xo o。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體

16、流動阻力阻力（第（第2章）章）. .邊界層的分離邊界層的分離邊界層分離的概念邊界層分離的概念 若流體流過曲面，若流體流過曲面，如球體、圓柱體或其它幾如球體、圓柱體或其它幾何形狀物體的表面時，所形成的邊界層會出現(xiàn)何形狀物體的表面時，所形成的邊界層會出現(xiàn)一個顯著的特點，即不論滯流還是湍流一個顯著的特點，即不論滯流還是湍流 ，在一在一定的條件下將會產(chǎn)生邊界層與固體表面脫離的定的條件下將會產(chǎn)生邊界層與固體表面脫離的現(xiàn)象，并在脫離處產(chǎn)生漩渦，現(xiàn)象，并在脫離處產(chǎn)生漩渦，加劇流體質(zhì)點間加劇流體質(zhì)點間的相互碰撞的相互碰撞，造成流體能量損失，造成流體能量損失，這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱為為邊界層分離。邊界層分離。 第

17、第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）現(xiàn)象分析現(xiàn)象分析A點靜壓強(qiáng)最大點靜壓強(qiáng)最大AB：邊界層內(nèi)流動處于加速減壓狀態(tài)邊界層內(nèi)流動處于加速減壓狀態(tài)C點流速為零而靜壓強(qiáng)最大點流速為零而靜壓強(qiáng)最大BC：邊界層內(nèi)流動處于減速加壓狀態(tài)邊界層內(nèi)流動處于減速加壓狀態(tài)B點流速最大而靜壓強(qiáng)最低點流速最大而靜壓強(qiáng)最低C點起邊界層脫離固體壁面，出現(xiàn)邊界層分離點起邊界層脫離固體壁面，出現(xiàn)邊界層分離第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）z形體阻力形體阻力：由于固體表面形狀而造成邊界層分離由于固體表面形狀而造成邊界層分離 所導(dǎo)致能量消耗的阻力。所導(dǎo)致能量消耗的阻力。z黏性流體繞過固體表面的

18、阻力應(yīng)是黏性流體繞過固體表面的阻力應(yīng)是摩擦阻力與形摩擦阻力與形 體阻力之和體阻力之和（局部阻力）。（局部阻力）。z流體流體流經(jīng)管件、閥門、管子進(jìn)出口等局部地方流經(jīng)管件、閥門、管子進(jìn)出口等局部地方， 由于流動方向和流道截面間的突然改變等都會由于流動方向和流道截面間的突然改變等都會 發(fā)生上述情況。發(fā)生上述情況。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）三三. .流體管內(nèi)流動阻力的計算流體管內(nèi)流動阻力的計算直管阻力：直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由流體流經(jīng)一定直徑的直管時由 于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力, ,h hf f局部阻力：局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門及管截面流體

19、流經(jīng)管件、閥門及管截面 的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方 所引起的阻力。所引起的阻力。 hf. .柏努利方程式中柏努利方程式中 是二者之和是二者之和 fhfffhhh. .流體在管路中的阻力流體在管路中的阻力1.阻力阻力損失的直觀表現(xiàn)損失的直觀表現(xiàn) 第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .能量損失的不同表達(dá)方式能量損失的不同表達(dá)方式zhf ：單位質(zhì)量單位質(zhì)量流體流動時所損失的機(jī)械能，流體流動時所損失的機(jī)械能， J/mg z Hf (hf/g）：）：單位重量單位重量流體流動時所損失的流體流動時所損失的 機(jī)械能，機(jī)械能，mzhf ：單位體積單位體積流體流動

20、時所損失的機(jī)械能，流體流動時所損失的機(jī)械能， 以以Pf 表示表示（ Pf = hf ），）， Pa第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .關(guān)于關(guān)于PfzPf ：因流動阻力而引起的因流動阻力而引起的壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降；z不要將不要將Pf 與與兩截面間的壓強(qiáng)差兩截面間的壓強(qiáng)差P混為一談，混為一談， 它們它們是兩個不同的概念是兩個不同的概念。（原因分析）（原因分析）z只有當(dāng)流體在一段既只有當(dāng)流體在一段既無外功加入，直徑又相同的無外功加入，直徑又相同的 水平管內(nèi)水平管內(nèi)流動時，流動時，Pf才與才與P在絕對數(shù)值上相等。在絕對數(shù)值上相等。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）

21、章）2.流體在直管中的流動阻力流體在直管中的流動阻力 .計算圓形直管阻力的通式計算圓形直管阻力的通式研究對象研究對象不可壓縮性流體，不可壓縮性流體，定態(tài)流動，定態(tài)流動，無外功加入。無外功加入。在在1-1與與2-2間列柏努利方程式間列柏努利方程式2211221222fupupgzgzh12fpph第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）流體在管內(nèi)受力情況分析及公式推導(dǎo)流體在管內(nèi)受力情況分析及公式推導(dǎo)推動力：推動力：摩擦阻力：摩擦阻力：221244fddpphFSdl流體勻速定態(tài)流動時，所受二力平衡。流體勻速定態(tài)流動時，所受二力平衡。24fdhdl4flhd第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流

22、體流動阻力阻力（第（第2章）章）224422flluhdud令令 28u則則 22fl uhdJ/kg22udlpfPa22fl uHdgm范寧范寧Fanning公式公式( (圓形直管阻力損失通式圓形直管阻力損失通式) )Fanning公式對滯流與湍流均適用公式對滯流與湍流均適用：摩擦系數(shù)（是摩擦系數(shù)（是Re或管壁粗糙度的函數(shù)）或管壁粗糙度的函數(shù)）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響光滑管：光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。鋼管、鑄鐵管等。絕對粗糙度絕

23、對粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度；管道壁面凸出部分的平均高度；相對粗糙度相對粗糙度 ：絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值。絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值。d不同流型下，不同流型下，與與管壁粗糙度管壁粗糙度的關(guān)系不同的關(guān)系不同v滯流流動時：滯流流動時： 流速較慢，流體質(zhì)點對管壁凸出部分無碰撞，流速較慢，流體質(zhì)點對管壁凸出部分無碰撞，與與管壁粗糙度管壁粗糙度無關(guān)，只與無關(guān)，只與Re有關(guān)。有關(guān)。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）v湍流流動時：湍流流動時： 只與只與Re有關(guān)有關(guān), ,與與/d無關(guān)。無關(guān)。 不僅與不僅與Re有關(guān)有關(guān)，而且與而且與/d 有關(guān)有關(guān)。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻

24、力阻力（第（第2章）章）. .滯流時的摩擦系數(shù)滯流時的摩擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)，只與與管壁粗糙度無關(guān)，只與Re有關(guān)。有關(guān)。推導(dǎo)分析推導(dǎo)分析與與Re的關(guān)系：的關(guān)系：研究對象研究對象 滯流流體滯流流體受力分析受力分析推動力：推動力：2212fpprpr 摩擦阻力：摩擦阻力：(2)rrduFSrldr 第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）流體勻速定態(tài)流動，所受二力平衡。流體勻速定態(tài)流動，所受二力平衡。2(2)rfduprrldr 積分上式，積分上式，當(dāng)當(dāng)r=r時時, ,ur=ur ；當(dāng)；當(dāng)r=R時時, ,ur=0，則有：，則有：2frpdurdrl02rurfrRpdurdrl2

25、2()4frpuRrl流體在圓管內(nèi)作滯流流體在圓管內(nèi)作滯流流動時的速度分布式流動時的速度分布式可以明顯看出可以明顯看出ur與與r呈拋物線關(guān)系呈拋物線關(guān)系第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）滯流流動時，滯流流動時，max21uu 當(dāng)當(dāng)r=0時時( (管中心處管中心處) )，ur=umax22()4frpuRrl則：則：2max4fpuRl28fpuRl哈根哈根-泊謖葉公式泊謖葉公式(Hagen-Poiseuille)232dlupf比較比較與與232flupd22udlpf（流體在圓管內(nèi)滯流流動時的直管阻力計算式）（流體在圓管內(nèi)滯流流動時的直管阻力計算式）Re64第第三三節(jié)節(jié)

26、 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .湍流時的摩擦系數(shù)湍流時的摩擦系數(shù) 用實驗用實驗+ +因次分析的方法因次分析的方法, ,得到有關(guān)湍流時得到有關(guān)湍流時的的經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式光滑管光滑管柏拉修斯柏拉修斯( (Blasius) )公式：公式：25. 0Re3164. 0Re31031105粗糙管粗糙管1/2lg1.142lg 1 9.35Redd柯爾布魯克柯爾布魯克(Colebrook)公式公式/0.005Red第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）與與Re及及/d的關(guān)系圖的關(guān)系圖莫狄（莫狄（Moody）摩擦系數(shù)圖摩擦系數(shù)圖第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（

27、第2章）章）圖中有四個不同區(qū)域：圖中有四個不同區(qū)域：滯流區(qū)（滯流區(qū)（Re2000） 與與 無關(guān)，與無關(guān)，與ReRe呈直線關(guān)系。在其它條件不變呈直線關(guān)系。在其它條件不變的的情況下，情況下， , ,即即 與與u u的一次方成正比。的一次方成正比。dRe64fpufp過渡區(qū)過渡區(qū)（2000Re4000) 滯流或湍流的滯流或湍流的Re曲線都可應(yīng)用。曲線都可應(yīng)用。為保險起見，一般將湍流時的曲線延伸查取為保險起見，一般將湍流時的曲線延伸查取值值 。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）湍流區(qū)湍流區(qū)（ Re4000以及虛線以下的區(qū)域以及虛線以下的區(qū)域） 與與Re及及/d都有關(guān)都有關(guān)。 當(dāng)當(dāng)

28、/d一定時，一定時，隨隨Re數(shù)的增大而減小；當(dāng)數(shù)的增大而減小；當(dāng)Re增大增大到一定數(shù)值以后，到一定數(shù)值以后，值下降緩慢。值下降緩慢。當(dāng)當(dāng)Re值一定時，值一定時， 隨隨/d的增加而增加。的增加而增加。完全湍流區(qū)（虛線以上的區(qū)域，又稱完全湍流區(qū)（虛線以上的區(qū)域，又稱阻力平方區(qū)阻力平方區(qū)） 只與只與/d有關(guān)，有關(guān)，而與而與Re無關(guān)無關(guān)。對于對于/d愈大的管道，愈大的管道，達(dá)到阻力平方區(qū)的達(dá)到阻力平方區(qū)的Re值越低。值越低。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）舉例：舉例：例例2.2. 某液體以某液體以4.5m/s的流速流經(jīng)內(nèi)徑為的流速流經(jīng)內(nèi)徑為0.05m的水平工業(yè)鋼管的水平工業(yè)鋼管

29、,液體的黏度為液體的黏度為4.4610-3pas，密度為密度為800kg/m3，工業(yè)鋼管的絕對粗糙度為，工業(yè)鋼管的絕對粗糙度為4.610-5m,計算流體流經(jīng)計算流體流經(jīng)40m管道的阻力損失。管道的阻力損失。 例例1 1 在在452.5mm，長度為，長度為100m的管子中，的管子中，輸送輸送20的水，的水，求在輸水量為求在輸水量為0.06kg/s時的直管時的直管阻力。阻力。（已知（已知20時，水時，水=1000kg/m3， =0.2mm，=10-3pas）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .流體在非圓形直管內(nèi)的流動阻力流體在非圓形直管內(nèi)的流動阻力 水力半徑水力半徑HAr

30、 流通截面積潤濕周邊長當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑d de e4eHdrz套管環(huán)隙，外管的內(nèi)徑為套管環(huán)隙，外管的內(nèi)徑為D，內(nèi)管的外徑為內(nèi)管的外徑為d: :2244()eDddDdDdz長長a、寬寬b的矩形截面管道的矩形截面管道: :242()eababdabab第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）z列管環(huán)隙列管環(huán)隙, ,外管內(nèi)徑為外管內(nèi)徑為D，n個內(nèi)管個內(nèi)管, ,內(nèi)管的外徑為內(nèi)管的外徑為d: :222244()eDndDnddDndDnd注意事項注意事項v非圓形管計算阻力時非圓形管計算阻力時Re與與hf中的直徑應(yīng)用中的直徑應(yīng)用de計算；計算；v不能用不能用de來計算流體通過的截面積、流

31、速和流量。來計算流體通過的截面積、流速和流量。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）3. . 局部阻力損失的計算局部阻力損失的計算. .阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法（仿照范寧公式寫成動能仿照范寧公式寫成動能 的函數(shù)的函數(shù)） 22u則則 22fuhJ/kg22fuHgm22fupPa局部阻力系數(shù)，一般由實驗來測定局部阻力系數(shù)，一般由實驗來測定。 （由于閥門和管件等對流體流動產(chǎn)生的阻力損失）（由于閥門和管件等對流體流動產(chǎn)生的阻力損失）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）一些典型的局部阻力系數(shù)的求法：一些典型的局部阻力系數(shù)的求法：突然擴(kuò)大與突然縮小突然擴(kuò)大與突然縮小根據(jù)

32、小管與大管的截面積之比查圖得到。根據(jù)小管與大管的截面積之比查圖得到。 突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大12AA突然縮小突然縮小21AA01 00.522fuhu注：式中 均以小管中的流速為準(zhǔn)第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）進(jìn)口與出口進(jìn)口與出口進(jìn)口進(jìn)口: : 流體自容器進(jìn)入管內(nèi)流體自容器進(jìn)入管內(nèi)c = 0.5 (進(jìn)口阻力系數(shù)進(jìn)口阻力系數(shù))出口出口: : 流體自管子進(jìn)入容器或流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外空間從管子排放到管外空間e= 1 ( (出口阻力系數(shù)出口阻力系數(shù))注意注意( (應(yīng)用柏式選取截面時應(yīng)用柏式選取截面時) )：|流體從管子直接排放到管外空間時流體從管子直接排放到管外空

33、間時，P內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)=P外側(cè)外側(cè)；第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）|若出口截面選在管子若出口截面選在管子出口外側(cè)出口外側(cè)，出口損失應(yīng)計入出口損失應(yīng)計入 系統(tǒng)的系統(tǒng)的總能量損失總能量損失內(nèi)內(nèi)，e = 1.0。|若出口截面選在管子若出口截面選在管子出口內(nèi)側(cè)出口內(nèi)側(cè)，出口損失不計入出口損失不計入 系統(tǒng)的系統(tǒng)的總能量損失總能量損失內(nèi)內(nèi)，e= 0； 管件與閥門管件與閥門管路上的配件如彎頭、三通、活結(jié)頭等管路上的配件如彎頭、三通、活結(jié)頭等總稱為管件總稱為管件。不同管件與閥門的局部阻力系數(shù)可從有關(guān)手冊中查得。不同管件與閥門的局部阻力系數(shù)可從有關(guān)手冊中查得。第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻

34、力阻力（第（第2章）章）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）蝶閥蝶閥第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）. .當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑 相同、長度為相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力。的直管所產(chǎn)生的阻力。22efl uhdJ/kg22eflupdPa22efl uHdgmle ：管件或閥門的管件或閥門的當(dāng)量長度當(dāng)量長度，m。 le值由實驗測定值由實驗測定|查共線圖求得查共線圖求得le|由手冊查得由手冊查得le/d值，求出

35、值，求出le第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）4.4.管路系統(tǒng)中總阻力損失的計算管路系統(tǒng)中總阻力損失的計算 （管路上全部直管阻力與局部阻力之和管路上全部直管阻力與局部阻力之和）|當(dāng)流體流經(jīng)直徑不變的管路時當(dāng)流體流經(jīng)直徑不變的管路時, ,管路的總能量損失為管路的總能量損失為: :22()22efllluuhdd|當(dāng)流體流經(jīng)不同直徑管段組成的管路時當(dāng)流體流經(jīng)不同直徑管段組成的管路時, ,管路的管路的總能量損失應(yīng)分段計算然后再求總和?？偰芰繐p失應(yīng)分段計算然后再求總和。( (上式適用于直徑相同的管段上式適用于直徑相同的管段,

36、 ,u可按任一截面計算可按任一截面計算) )|柏式中柏式中 項中的項中的u是指相應(yīng)的衡算面處的流速。是指相應(yīng)的衡算面處的流速。22u第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）習(xí)題習(xí)題11（P56）解題思路與過程）解題思路與過程2211221e2f22 upupgzWgzh42222 10 36001.43 m/s0.785 (0.0762 0.004)10734 mqud 解：如圖取反應(yīng)器液面為如圖取反應(yīng)器液面為1-1 面，料液出口面，料液出口 管內(nèi)側(cè)為管內(nèi)側(cè)為2-2 截面，并以反應(yīng)器液面為基準(zhǔn)截面，并以反應(yīng)器液面為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程水平面。在兩截面間列柏努利方程

37、:式中式中 z1=0， z2=15， u10， p1= -26.7103Pa（表壓），（表壓）， p2 =0( (表壓），表壓）， 第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）2efff2 lluhhhd540.068 1.43 10731.66 106.3 10 duRe 0.0044 d e110.8611.86 l由題知由題知 0.03 由由Re與與/d查圖得：查圖得： 由本教材共線圖查出的管件閥門當(dāng)量長度分別為由本教材共線圖查出的管件閥門當(dāng)量長度分別為: 2個全開閘閥個全開閘閥 le20.43=0.86m； 5個標(biāo)準(zhǔn)彎頭個標(biāo)準(zhǔn)彎頭 le=52.2=11m； 第第三三節(jié)節(jié) 流體流動流體流動阻力阻力（第（第2章）章）進(jìn)口阻力系數(shù)進(jìn)口阻力系數(shù)c=0.5； 孔板流量計孔板流量計=43226.7 101.439.81 1532.5205.5 J/kg10732 eW2f5011.861.430.0