第1章 流体流动

1、4流体在管内的流动阻力，在本节中，问题1 .如何判断流体的流动类型？ 2 .雷诺准数(Re )的物理意义是什么？3 .范宁公式(Fanning )。 4 .层流时摩擦系数的计算公式。 5 .掌握摩擦系数映射(-Re，/d )调查摩擦系数的方法是什么？ 6 .什么是当量日元直径？ 怎么计算呢？ 7 .直管电阻、局部电阻的计算？ 4流体在管内的流动阻力、1、流体流动的类型2、边界层概念3、流体流动的管路的阻力损失4、直管阻力损失5、局部阻力损失、1、流体流动的类型、雷诺实验、1 .雷诺实验及流体的流动类型、流体的流动类型、层流(停滞流)过渡流(不稳定流)湍流(乱流) 管径d，2 .流动类型的判别根

2、据雷诺数的准数：流型判别：Re2000层流区2000Re4000过渡区Re4000湍流区，3 .雷诺数Re的物理意义：流体惯性力：使流体的质点无秩序的自由运动流体粘性力：使流体保持有秩序的层流，u，惯性力主导湍流u，粘性力主导层流边界层概念，1 .平壁边界层的形成和发展，定义：通常，从流速为0的壁面到流速等于主体流速的99%的区域称为边界层。 1、平壁边界层的形成和发展，流型由Rex=xu0/值决定，平滑的平板壁面： Rex510的情况下，延迟Rex310时，湍流Rex=510310，迁移流。 厚度：湍流边界层：湍流边界层：基准：进口段长度：边界层外缘和圆管中心线汇合时的距离x0，2 .圆筒壁

3、边界层的形成和发展，管内流型层流还是湍流是在汇合点的流型层流，层流时进口段长度x0 :流型判别：滞流时： x0=(50100)d湍流时： x d 2.圆筒壁边界层的形成和发展，AB :流路缩小，速度增加，压力减少(加速减压) BC :流路增加，速度减少，压力增加流体在管、阀、管的进出口等一部分流动的地方，由于流动方向和流路截面的急剧变化，会发生这种状况。 3、圆柱与球体边界层的分离，三、流体在管路中流动的阻力损失，总阻力损失：直管阻力：流体的内摩擦引起的阻力局部阻力：流体在管路中流动的管、阀以及管截面的急剧扩大或缩小等局部地方引起的阻力。 四、直管阻力损失，(一)计算通式，摩擦阻力引起的能量损

4、失：J/kg，范宁式，无原因的系数，称为摩擦阻力系数。 流体的压力损失：流体的压子损失：J/m3(pa )、J/N(m )、范宁式、(1)计算式、(2)层流时的速度分布和摩擦系数、速度分布：令、平均流速和摩擦系数：(2)层流时的速度分布和摩擦系数， 整理后，哈根庞加莱叶式表示，(二)层流时的速度分布和摩擦系数，(三)湍流时的速度分布和摩擦系数，速度分布符合1/n次方规则，湍流的流动加剧了管内流体的混合和传递，使截面上的速度分布更平坦。 湍流速度分布：与公式中n的可能值的范围有关，随着Re的增加，n的可能值的范围在6-10之间。 通常，流体达到在圆形管内发达的湍流(Re=105左右)时，表示u0

5、.82umax、平均速度和最大速度的比、管壁粗糙度对摩擦系数的影响、绝对粗糙度：管壁粗糙度面的凹凸部分的平均高度。 相对粗糙度：/d，管壁的凹凸部分与流体质点碰撞，因此湍流的程度变大，引起旋涡，带来更大的电阻损失。因此，湍流流动时：=f(Re，/d )，管壁粗糙度对摩擦系数的影响，工作，在6个流化床反应器中设置了两个u字管差压计。 测定R1400mm、R250mm的指示液是水银。 为了不让水银蒸汽扩散到空间，向右侧的u字管和大气连通的玻璃管中注入水，高度为R350mm。 求出a、b两处的表压力。 根据次分析法的基础，哪个物理方程式的两侧或方程式的各项可以将相同的原因次物理方程式变为无原因次的形

6、式。 伯金汉定理，一个物理方程式没有原因，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个，下一个直管摩擦阻力损失的影响因素：式中各物理量的原因次用基本的原因次表达，根据原因次分析法的原则，等号两端的原因次相同。 函数形式：压力降： MT-2L-1Pa(N/m2 )管径： lm管长： lm平均速度： lt-1m/s粘度： ml-1t-1 pas密度m3粗糙度： lm，湍流摩擦系数次分析法的应用：总物理量涉及三个基本因子次m、t、l和六个未知数，只有三个方程式。 用b、e、g表示其他三个变量，原因次一致原则：湍流摩擦系数原因次分析法的应用：原

7、因次分析的方法，将7个变量的物理方程式转换为仅包含4个无原因次数群的准数方程式。 将上式中指数相同的物理量的组合设为新的变量群，即无量纲次数群或标称数：欧拉基准数、雷诺基准数、相对粗糙度、乱流摩擦系数次分析法的应用：实验证明： d，u，在一定情况下，为Pfl/d、系数k g需要根据实验数据的关联来决定：湍流摩擦系数因子分析法的应用：摩擦系数图、a .层流(滞后)区(Re2000):b .过渡区(2000Re4000 ) :在工程计算中一般以湍流计算，延长对应的湍流时的曲线来调查值。 摩擦系数曲线图(Frictionfactorchart )、=64/Re、c .乱流域(Re4000 ) :虚线

8、以下，=f(Re，/d )随着/d的增加而上升，随着Re的增加而下降。 d .完全湍流区：虚线以上，=f(/d )，阻力平方区，摩擦系数图表，a .光滑的管：尼古拉定律和卡门式：柏拉图光滑的管式：湍流时的经验式：b .粗糙的管：尼古拉茨式：科尔布鲁克式：等适用范围： d=50200mm，re=。 非圆形直管内的阻力损失、当量直径的定义：注意：只能用de代替Re和Pf中的d，用de计算流体的流路截面积、流速和流量，对于层流的流动用de计算时，摩擦系数必须用下式计算：=c/Re式的c值，根据配管的截面，表1-1 (四)非圆形直管内的阻力损失、套管换热器、内管和外管都是光滑的管，直径分别为302.5

9、mm和563mm。 平均温度40的水以10m/s的流量在套管的间隙中流动。 我们试着估算了水通过环隙时每米管长的压力降。 例题：五，局部阻力损失，(一)阻力系数法，u和管连接的直管中的流体流速，急剧扩大和急剧缩小，急剧扩大和急剧缩小，进口和出口，流体从容器进入管内： A2A10。 调查进口的局部电阻系数，=0.5，流体从管进入容器，或从管直接排出到管外空间： A1A20，调查出口的局部电阻系数，=1，管和阀，当量长度le :与流体流过管和阀等引起的局部电阻损失相等湍流的情况下，部分接头和阀门当量的长度可以从共线图中查看。(二)当量长度法、(三)管路总能量损失、【例题】，溶剂从容器a流入b。 罐

10、a的液面一定，两罐的液面上方的压力相等。 溶剂从a底部的倒u型管排出，其顶部与均压管相通。 罐a的液面距离排液管下端6.0m，排液管为603.5mm钢管，从罐a到倒u型管中心，水平管段的全长为3.5m，球阀1个(全开)，90标准弯头3个。 求出倒u型管最高点和容器a内的液面的台阶h，以达到12m3/h的流量. (=900千克/m 3，=0.610-3Pas )。 取钢管的绝对粗糙度，解：溶剂在管上的流速，/d=5.6610-3Re=1.2105，调查摩擦系数，管入口急剧缩小，90个标准弯头，球心阀(全开)，容器a的液面为1-1断面，倒u型管的最高点为2-2断面，以其断面上有管中心线的平面为基准

11、面【例题】，用泵向压力为0.2MPa (表压)的密闭罐供水，流量为150m3/h，泵轴中心线与池和罐液面的垂直距离分别为2.0m和25m。 吸入、排出管的内径为205mm和180mm。 分别装有吸入管长10m、吸水底阀和90标准弯管的排出管长200m、全开闸阀和90标准弯管。 水的物性是求出=1000kg/m3=1.010-3Pas泵吸入口a点的真空计的读取值和泵的轴力(泵的效率为65% )。 解：=1000kg/m3、=1.010-3Pas、吸入和排出管内流速为uA和uB时，取管壁的绝对粗糙度为0.3mm时，摩擦系数、水泵吸水底阀、90的标准弯管、门阀(全开)、水槽液面1-1截面为基准面、泵

12、吸入点a为2-2 如果在这两个断面之间绘制伯努利方程式，另外，水箱的液面是3-3断面，在1-1和3-3断面之间，泵的轴力、管路质量流量、思考问题，4的水在管内径100mm的直管中流动，管上a、b两点间的距离是10m，水的速度是2m/s。 a、b间接为u型压差计，指示液为CCl4，其密度为1630kg/m3。 u字管和管子里充满了水。 求出以下三种情况下a、b两点间的差压的u字管的读取值r？ 指示液哪个高(水的粘度是1cP)(1)水水平地流过管道(2)管是30o，水流方向是a到B(3)管是30o，水流方向是b到a。 水力机械从水库引水喷射，设计了流量400m3/h，喷嘴出口处的喷流速度32m/s。 喷口距离水库液面垂直80m，取水管长300m (包括局部电阻的当量长)。 试验计算：适当的取水管径。 (水的密度为1000