2021-2022学年高二物理竞赛课件：流体力学阻力系数及其影响因素的分析

1、流体力学阻力系数及其影响因素的分析2022/8/152研究途径有二：一是直接根据湍流沿程损失的试验资料，综合成阻力系数的纯经验公式；二是用理论和实验相结合的方法，以紊流的理论为基础，整理成半经验公式。二、沿程阻力系数的测定和阻力分析图根据算出Re和，把试验结果点绘在对数坐标纸上，就可以得到可以使用的图表。 2022/8/153或尼古拉兹（J.Nikuradse）由水力光滑管实验得出 k=0.40C1=5.50 对于光滑管，也可采用近似指数公式 ：指数n随雷诺数Re而变 Re 4.0103 2.3104 1.1105 1.1106 (2.03.2)106 n1/6.01/6.61/7.01/8.

2、81/100.79120.80730.81670.84970.86582022/8/154平均流速 对于粗糙管，假设： 在y=处 vx=vxb 尼古拉兹（J.Nikuradse）由水力光滑管实验得出 k=0.40C2=8.482022/8/155尼古拉兹实验 雷诺数Re500106 相对粗糙度/d=1/10141/30 尼古拉兹用黄沙筛选后由细到粗分为六种，分别粘贴在光滑管上尼古拉兹图可分为五个区域：I. 层流区II. 过渡区III.湍流光滑区IV.湍流过渡粗糙区V. 湍流完全粗糙区2022/8/156I. 层流区(Re2000)对数图中为一斜直线II. 过渡区(2320Re4000 )情况复

3、杂，无一定规律III.湍流光滑区布拉修斯公式（4103Re105 ）hf与v1.75成正比 又称1.75次方阻力区 卡门一普朗特（Karman-Prandtl）公式 尼古拉兹的计算公式 尼古拉兹经验公式(105Re3106 ) =0.0032+0.221Re-0.237 2022/8/157IV.湍流过渡粗糙区=f (Re,/d) 洛巴耶夫（.H.o6ae）的公式 科尔布鲁克公式V. 湍流完全粗糙区=f ( /d )hf与v2成正比 又称平方阻力区 2022/8/158光滑区和粗糙区的值（一）当量糙粒高度 即和工业管道粗糙度值相等的同直径尼古拉兹粗糙管的糙粒高度。（二）计算公式2022/8/1

4、59紊流过渡区和柯列勃克公式（一）过渡区曲线的比较（二）柯列勃克公式式中，K 为工业管道的当量糙粒高度。2022/8/15Donghua University10莫迪图 工业管道 2022/8/1511用穆迪图作管道计算 单根管沿程损失计算分两类三种：C3.6.3 穆迪图(1)正问题 由于不知qv或d不能计算Re ,无法确定流动区域，可用穆迪图作迭代计算。a. 已知b. 已知(2)反问题已知直接用穆迪图求解 .2022/8/15Donghua University12例 沿程损失：已知管道和流量求沿程损失求： 冬天和夏天的沿程损失hf解：冬天层流夏天湍流冬天(油柱)夏天(油柱)已知: d200

5、mm , l3000m 的旧无缝钢管, 900 kg/m3, Q90T/h., 在冬天为1.092 10-4 m2/s , 夏天为0.355 10-4 m2/s 在夏天，查旧无缝钢管等效粗糙度=0.2mm, /d=0.001查穆迪图2=0.03852022/8/15Donghua University13例 沿程损失：已知管道和压降求流量求： 管内流量qv 解：Moddy图完全粗糙区的0.025 , 设10.025 , 由达西公式查Moddy图得20.027 ,重新计算速度查Moddy图得20.027已知: d10cm , l400m 的旧无缝钢管比重为0.9, =10 -5 m2/s 的油2022/8/15Donghua University14例 沿程损失：已知沿程损