流體的流動阻力

流體的流動阻力第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日1.牛頓粘性定律第四節(jié)流體的流動阻力

一、流體的粘度uFu=0內摩擦力——運動著的流體內部相鄰兩流體層之間的相互作用力。粘性——流體抵抗相鄰流體層發(fā)生相對運動的性質稱為流體的粘性。確定流體流動時內摩擦力大小的物理性質。粘度——當流體流動的速度梯度等于1時，單位面積上由于流體的粘性所產生的內摩擦力的大小。粘度的單位未Pa·s(SI制)或P(泊，物理制)。衡量流體粘性大小的物理量。2.非牛頓型流體第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日牛頓型流體與非牛頓型流體特性類型典型舉例特點剪應力表達式

牛頓型流體氣體、水、大多數(shù)液體剪應力正比于法向速度梯度非牛頓型流體塑性流體牙膏、泥漿、油墨等剪應力超過某臨界值后才能流動，剪應力正比于法向速度梯度假塑性流體高分子溶液、油漆等表觀粘度隨速度梯度的增大而降低漲塑性流體塑料溶液，高固體含量的懸浮液等表觀粘度隨速度梯度的增大而增加第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

二、流體流動的類型（層流與湍流）1883年英國著名科學家雷諾(OsborneReynolds)進行的實驗——雷諾實驗第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日流動型態(tài)層流：流速較小時，可看到一條穩(wěn)定的直線。表明此時流體各個質點互不混雜，平行于管軸向前運動。過渡流：隨著流速的增加，有顏色的直線開始出現(xiàn)波浪。湍流：速度再增大，流體質點不僅沿管軸運動，而且還做不規(guī)則的橫向運動。

第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日45°lgHflguabcdelguclguc′第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日雷諾數(shù)的物理意義

雷諾數(shù)：由影響流型的管徑d、流速u和流體的粘度μ、密度ρ等因素組成的無因次數(shù)群,以Re表示。雷諾數(shù)的物理意義為流體流動時慣性力與粘性力之比.層流：Re≤2000湍流：Re>2000粘性力：使流體保持層流的趨勢。慣性力：使流體做不規(guī)則的自由運動，流動趨于湍流。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日邊界層概念

在工程上，通常把流速為零的壁面到流速等于主體流速u∞的99%處之間的區(qū)域稱為邊界層。

第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

三、邊界層的概念1.邊界層的形成與發(fā)展第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

三、邊界層的概念2.邊界層的分離第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日1.直管阻力損失的計算通式 第四節(jié)流體的流動阻力

四、直管阻力損失的計算——范寧(Fanning)公式直管阻力：流體流經一定直徑的直管時由于內摩擦而產生的阻力。第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日2.流體層流時的速度分布和摩擦因數(shù)

第四節(jié)流體的流動阻力

四、直管阻力損失的計算哈根—泊謖葉(Hagen-Poiseuille)方程第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日3.湍流時的速度分布和摩擦因數(shù)

第四節(jié)流體的流動阻力

四、直管阻力損失的計算湍流主體：速度脈動較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動而大大強化；過渡層：分子粘度與湍流粘度相當；層流內層：速度脈動較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運動。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日（1）湍流時的速度分布第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計算第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圓管內層流與湍流的比較項目層流湍流剪應力速度分布平均速度動能第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計算（2）湍流時的摩擦因數(shù)第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日常見工業(yè)管道的絕對粗糙度金屬管e/mm非金屬管e/mm無縫黃銅管、銅管及鋁管0.01～0.05干凈玻璃管0.0015～0.01新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管0.1～0.2橡皮軟管0.01～0.03新的鑄鐵管0.3木管道0.25～1.25具有輕度腐蝕的無縫鋼管0.2～0.3陶土排水管0.45～6.0具有顯著腐蝕的無縫鋼管0.5以上很好整平的水泥管0.33舊的鑄鐵管0.85以上石棉水泥管0.03～0.8第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計算3.湍流時的摩擦因數(shù)

因次分析法第一步：析因試驗——尋找影響過程的主要因素第二步：無因次化——減少變量數(shù)第三步：數(shù)據(jù)處理——實驗結果的正確表達第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日摩擦系數(shù)λ雷諾數(shù)Re相對粗糙度ε/d0.0000010.000010.000050.00020.00060.0020.0060.010.020.05光滑管層流湍流完全湍流過渡區(qū)第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)流體的流動阻力

四、流體直管阻力損失的計算

3.湍流時的摩擦因數(shù)經驗公式Re=(5～100)×103柏拉修斯（Blasius)公式Re=(4～105)×103e/d=1×10-6～0.05柯爾布魯克（Colebrook)公式第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日1.阻力系數(shù)法將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。

第四節(jié)流體的流動阻力

五、局部阻力局部阻力：流體流經管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。

2.當量長度法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le的直管所產生的阻力。第二十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日常見管件及閥門的阻力系數(shù)及當量長度[53]名稱zle/d名稱zle/d45?標準彎頭0.3517閘閥(全開)0.17990?標準彎頭0.7535閘閥(半開)4.