流体流动之摩擦阻力计算讲解课件.ppt

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1、,本章章节,第一节 流体静力学,第二节 流体在管内的流动,第三节 流体在管内流动时的摩擦阻力,？,本章章节,第三节 流体在管内流动时的摩擦阻力,一、牛顿粘性定律与流体的粘度二、流动类型与雷诺准数三、流体在圆管内流动时的阻力计算四、流体在非圆形直管内流动时的摩擦阻力,摩擦阻力,一、牛顿粘性定律与流体的粘度,运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力称内摩擦力，这是产生流体阻力的根本原因。这种表明流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性，粘性是流动性的反面。,剪应力,比例系数，称为粘度（Viscosity)。,摩擦阻力,一、牛顿粘性定律与流体的粘度,比例系数，称为粘度（Viscosity)。,粘度只有

2、在流动时才显现出来。,粘度是流体的物理性质之一，随种类和物态而变化,液体粘度随T升高而减小，气体粘度随T升高而增大。工程中一般忽略压强对粘度的影响。,理想流体无粘性,摩擦阻力,二、流动类型与雷诺准数,雷诺实验（1883年）,雷诺实验装置,流动型态,层流,湍流,过渡流,摩擦阻力,二、流动类型与雷诺准数,流动型态,层流,湍流,过渡流,层流（滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合。,湍流（紊流）：流体质点除了沿管轴向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。,过渡流：介于层流和湍流之间，是一种不稳定状态。,摩擦阻力,

3、二、流动类型与雷诺准数,如何判断流体的流动类型呢？,流型判据雷诺准数Re,雷诺准数Re标志流体流动的湍动程度，越大表示湍动越剧烈。,Re 2000为层流；Re 4000为湍流；2000 Re 4000处于不稳定过渡区。,摩擦阻力,二、流动类型与雷诺准数,Re 2000为层流；Re 4000为湍流；2000 Re 4000处于不稳定过渡区。,例,20的水在582.5 的钢管中流动时，如果水的流速为1 m/s，确定管中水的流动类型。,解,由附录查得，20时水的密度为 粘度为,因此，可判断水在管中呈湍流。,摩擦阻力,二、流动类型与雷诺准数,重点强调,流体主体为湍流，但在管壁处会形成层流称之为“层流底

4、层”且Re越大，层流底层越薄,章节小结,二、流动类型与雷诺准数,流体主体为湍流，但在管壁处会形成层流称之为“层流底层”且Re越大，层流底层越薄,雷诺准数Re标志流体流动的湍动程度，越大表示湍动越剧烈。,Re 2000为层流；Re 4000为湍流；2000 Re 4000处于不稳定过渡区。,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,流动阻力包括：,直管阻力(沿程阻力），由于内摩擦产生的阻力,局部阻力：流体流经管件、阀门、等局部地方因流速大小及方向的改变而引起的阻力。,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,直管阻力(沿程阻力）,范宁公式,范宁公式表明直管阻力随流体动压头以及管道长度增大而增

5、大，随管径的增大而减小。,压头损失，m,压力损失，Pa,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,直管阻力(沿程阻力）,摩擦阻力系数，与流动类型和管路相对粗糙度有关,绝对粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度,相对粗糙度/d：绝对粗糙度与管径的比值,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,直管阻力(沿程阻力）,当流体层流流动时,摩擦阻力系数只与Re有关，与相对粗糙度无关,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,直管阻力(沿程阻力）,当流体湍流流动时,b时,与层流相似,只与Re 有关,称水力光滑管。,b 时，只与/d 有关，为完全湍流粗糙管。,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,层

6、流区 Re2000,过渡区 Re=20004000,湍流区 Re4000及虚线以下区域，与/d和Re均有关。Re一定时,/d,；/d一定时,Re,。,完全湍流区 虚线以上区域，仅与/d有关。,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,局部阻力,流体流经管件、阀门、截面突变等局部地方因流速大小及方向的改变而引起的阻力，这些障碍可使层流变为湍流，因而局部阻力比同等长度直管阻力大得多,阻力系数法,局部阻力系数,管件、阀门见P32，表1-10,突然扩大,突然缩小,摩擦阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,局部阻力,当量长度法,把局部阻力折算成相应长度 的直管阻力,当量长度，见P31 表1-9,摩擦

7、阻力,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,局部阻力,当量长度法,阻力系数法,说明：（1）le和均由实验测定，可查有关手册和资料得到（2）不管突然扩大还是缩小，u均取细管中的流速（3）在应用柏努利方程时，当截面选在出口内侧时保留动能项，选在出口外侧时保留能量损失（=1）项,章节小结,三、流体在圆管内流动时的阻力计算,局部阻力,当量长度法,阻力系数法,直管阻力,摩擦阻力系数,局部阻力系数,摩擦阻力,四、流体在非圆形直管内流动时的摩擦阻力,解决思路：将非圆形管折算成相应管径的圆形管,当量直径,例,套管,摩擦阻力,四、流体在非圆形直管内流动时的摩擦阻力,解决思路：将非圆形管折算成相应管径的圆形管,当量直径,任务,摩擦阻力,管路总阻力,或,