流体流动湍流阻力损失课件

本节主要内容：经验公式莫狄图1、管壁粗糙度对摩擦系数的影响

2、量纲分析法(因次分析法)

3、湍流摩擦系数的求算本节主要内容：经验公式1、管壁粗糙度对摩擦系数的影响

2、量1湍流运动时，管壁的粗糙度对阻力、能量的损失有较大的影响。绝对粗糙度

：管壁粗糙部分的平均高度。相对粗糙度

/d：绝对粗糙度与管道直径的比值。duε1、管壁粗糙度对摩擦系数的影响湍流运动时，管壁的粗糙度对阻力、能量的损失有较大的影响。绝对2材料与加工精度；光滑管：玻璃管，铜管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。使用时间；绝对粗糙度可查表或相关手册。粗糙度的产生粗糙度的产生3duδbbεδb>ε层流运动流体运动速度较慢,与管壁碰撞不大，因此

对阻力、摩擦系数无影响，

只与Re有关。层流时，

在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。粗糙度对摩擦系数的影响duδbbεδb>ε层流运动粗糙度对摩擦系数的影响4δb<εδb>εδb<εεdδbuduδbbεδb>ε，Re

δb

质点通过凸起部分时产生漩涡

能耗

对摩擦系数有影响。湍流运动阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。δb<εδb>εδb<εεdδbuduδbbεδb>ε，5湍流运动时流体的直管阻力为：

为阻力系数，湍流运动时阻力ΣWf在形式上与层流相同。湍流运动时流体的直管阻力为：为阻力系数，6依据一定的原则，将几个变量组合成一个无因次数群。用无因次数群代替原来若干变量进行实验，以得到可应用的公式。这一方法称为量纲分析方法。2、量纲分析法(因次分析法)什么是量纲分析方法？依据一定的原则，将几个变量组合成一个无因次数群。用无因7

因某些研究问题过于复杂，以至不能建立数学表达式或难以用数学方法求解。转而用实验方法。引入量纲分析方法可使实验变量减少、实验数据关联过程得以简化。为什么要用量纲分析方法？因某些研究问题过于复杂，以至不能建立数学表达式或难以用8

量纲分析法的基础是：因次一致性的原则和π定理。

2、量纲分析法(因次分析法)因次一致性的原则：一个能合理反映物理现象的方程，其等号两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。量纲分析方法的原理量纲分析法的基础是：因次一致性的原则和π定理。9

设影响某现象的物理量为n个，这些物理量的基本因次为m个，则该物理现象可用N=n-m个独立的无因次数群的幂函数表示，此即为π定理。此类无因次数群称为准数。

设影响某现象的物理量为n个，这些物理量的基本因次为m个10摩擦系数的影响因素可用以下的一般式表示：也可写成幂指数形式：摩擦系数的影响因素可用以下的一般式表示：也可写成幂指数形式：11利用量纲分析法式中六个物理量的因次分别为：

（1）

利用量纲分析法式中六个物理量的因次分别为：（1）12整理，得：将上面六个式代入（1）式，得：整理，得：将上面六个式代入（1）式，得：13根据因次一致性原则，得：根据因次一致性原则，得：14将方程解代入原方程（1）整理，得：（1）

将方程解代入原方程（1）整理，得：（1）15

λ只与两个无因次数群有关。湍流摩擦阻力系数的通式：λ只与两个无因次数群有关。湍流摩擦阻力系数的通式：16光滑管（1）柏拉修斯(Blasius)式：3、湍流摩擦系数的求算经验公式适用范围：常见的几种解析式有：光滑管3、湍流摩擦系数的求算经验公式适用范围：常见的几种解析17（2）顾毓珍公式：

适用范围：（2）顾毓珍公式：适用范围：18（3）尼库拉则与卡门公式：适用范围：（3）尼库拉则与卡门公式：适用范围：19粗糙管（1）顾毓珍公式：

适用范围：适用范围：20粗糙管（2）尼库拉则公式：

适用范围：达到完全湍流适用范围：达到完全湍流21莫狄图

(1)层流区

(2)过渡区

(3)湍流区(4)完全湍流区(阻力平方区)莫狄图(1)层流区(2)过渡区(3)湍流区(4)22滞流区过渡区湍流区完全湍流，粗糙管光滑管Re

/d

摩擦系数与雷诺准数、相对粗糙度的关系(双对数坐标)滞流区过渡区湍流区完全湍流，粗糙管光滑管Re/d摩擦系数23圆管A—管道截面积

—浸润周边长度当量直径法：ab矩形管Rr环形管4.流体在非圆直管中的阻力圆管A—管道截面积当量直径法：ab矩形管Rr环形管4.流24

流体流经管件时，其速度的大小、方向等发生变化，出现漩涡，内摩擦力增大，形成局部阻力。常见的局部阻力有：突扩突缩弯头三通四、局部阻力流体流经管件时，其速度的大小、方向等发生变化，出现漩25由局部阻力引起的能耗损失的计算方法有两种：阻力系数法和当量长度法。

为局部阻力系数。由实验得出，可查表或图。4.1阻力系数法由局部阻力引起的能耗损失的计算方法有两种：阻力系数法261).突扩管和突缩管常见局部阻力系数的求法：2).进口和出口进口：容器进入管道，突缩。A小/A大

0，

=0.5出口：管道进入容器，突扩。A小/A大

0，

=1.0突扩管1).突扩管和突缩管常见局部阻力系数的求法：2).进口和27

le为当量长度。将流体流经管件时，所产生的局部阻力折合成相当于流经长度为le的直管所产生的阻力。le由实验确定，可查表。4.2当量长度法le为当量长度。将流体流经管件时，所产生的局部阻28强调：在计算局部阻力损失时，公式中的流速u均为截面积较小管中的平均流速。五、管道总阻力强调：在计算局部阻力损失时，公式中的流速u均为截面积较小29例如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，压力表之后管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw.H=20mH1=2m例如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同30解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；由题意知，

（2）泵轴功率，kw；在贮槽液面0-0´与高位槽液面1-1´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：

其中，

u0