流体的流动阻力

1、第一章 流体流动11. 牛顿粘性定律第四节 流体的流动阻力 一、流体的粘度uFu=0内摩擦力运动着的流体内部相邻两流体层之间的相互作用力。粘性流体抵抗相邻流体层发生相对运动的性质称为流体的粘性。确定流体流动时内摩擦力大小的物理性质。粘度当流体流动的速度梯度等于1时，单位面积上由于流体的粘性所产生的内摩擦力的大小。粘度的单位未Pas (SI制)或 P(泊，物理制)。衡量流体粘性大小的物理量。2. 非牛顿型流体2牛顿型流体与非牛顿型流体特性类型典型举例特点剪应力表达式 牛顿型流体气体、水、大多数液体剪应力正比于法向速度梯度非牛顿型流体塑性流体牙膏、泥浆、油墨等剪应力超过某临界值后才能流动，剪应力正

2、比于法向速度梯度假塑性流体高分子溶液、油漆等表观粘度随速度梯度的增大而降低涨塑性流体塑料溶液，高固体含量的悬浮液等表观粘度随速度梯度的增大而增加3第四节 流体的流动阻力 二、流体流动的类型 （层流与湍流）1883年英国著名科学家雷诺(Osborne Reynolds)进行的实验 雷诺实验4流动型态层流：流速较小时，可看到一条稳定的直线。表明此时流体各个质点互不混杂，平行于管轴向前运动。过渡流：随着流速的增加，有颜色的直线开始出现波浪。 湍流：速度再增大，流体质点不仅沿管轴运动，而且还做不规则的横向运动。 545lgHflguabcdelguclguc6雷诺数的物理意义 雷诺数：由影响流型的管径

3、d、流速 u 和流体的粘度、密度等因素组成的无因次数群,以Re表示。雷诺数的物理意义为流体流动时惯性力与粘性力之比. 层流：Re2000 湍流：Re2000粘性力：使流体保持层流的趋势。惯性力：使流体做不规则的自由运动，流动趋于湍流。7边界层概念 在工程上，通常把流速为零的壁面到流速等于主体流速u的99%处之间的区域称为边界层。 8第四节 流体的流动阻力 三、边界层的概念1. 边界层的形成与发展9第四节 流体的流动阻力 三、边界层的概念2. 边界层的分离101. 直管阻力损失的计算通式第四节 流体的流动阻力 四、直管阻力损失的计算范宁(Fanning)公式直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于

4、内摩擦而产生的阻力。112.流体层流时的速度分布和摩擦因数第四节 流体的流动阻力 四、直管阻力损失的计算 哈根泊谡叶(Hagen-Poiseuille)方程 123. 湍流时的速度分布和摩擦因数第四节 流体的流动阻力 四、直管阻力损失的计算 湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化； 过渡层：分子粘度与湍流粘度相当； 层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。13 （1）湍流时的速度分布第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算14圆管内层流与湍流的比较项 目层流湍流剪应力速度分布平均速度动能15第四节 流体的流动阻力四、流体直管阻

5、力损失的计算（2） 湍流时的摩擦因数16常见工业管道的绝对粗糙度金属管e /mm非金属管e /mm无缝黄铜管、铜管及铝管0.010.05干净玻璃管0.0015 0.01新的无缝钢管或镀锌铁管0.1 0.2橡皮软管0.01 0.03新的铸铁管0.3木管道0.25 1.25具有轻度腐蚀的无缝钢管0.2 0.3陶土排水管0.45 6.0具有显著腐蚀的无缝钢管0.5以上很好整平的水泥管0.33旧的铸铁管0.85以上石棉水泥管0.03 0.817第四节 流体的流动阻力四、流体直管阻力损失的计算3. 湍流时的摩擦因数因次分析法第一步：析因试验寻找影响过程的主要因素第二步：无因次化减少变量数第三步：数据处理

6、实验结果的正确表达18摩擦系数雷诺数Re相对粗糙度/d0.0000010.000010.000050.00020.00060.0020.0060.010.020.05光滑管层流湍流完全湍流过渡区19第四节 流体的流动阻力四、流体直管阻力损失的计算 3. 湍流时的摩擦因数经验公式Re=(5100)103柏拉修斯（Blasius)公式Re=(4105)103e/d=110-60.05柯尔布鲁克（Colebrook)公式201. 阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数。 第四节 流体的流动阻力 五、局部阻力局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。 2. 当量长度法将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为le的直管所产生的阻力 。21常见管件及阀门的阻力系数及当量长度53名称zle /d名称zle /d45标准弯头0.3517闸阀(全开)0.17990标准弯头0.7535闸阀(半