流体力学-龙天渝-流动阻力和能量损失.ppt

第一节沿程损失和局部损失

第二节层流与紊流、雷诺数

第三节圆管中的层流运动

第四节紊流运动的特征和紊流阻力

第五节尼古拉兹实验

第六节工业管道紊流阻力系数计算式子

第七节非圆管的沿程损失

第八节管道流动的局部损失

第九节减小阻力的措施

l不可压缩流体在流动过程中，流体之间切应力的作功，

以及流体与固壁之间摩擦力作功，都是靠损失的自身所具

有的机械能来补偿的。这局部能量均不可逆地转化为热能，

这种引起流动能量损失的阻力与流体的粘滞性和惯性，与

固壁对流体的阻滞作用和振动有关。

l能量损失一般有两种表示方法：对于液体，通常用受单

位重力作用的液体的能量损失〔或称水头损失〕hl来表示，

其因次为长度；对于气体，那么常用单位体积内的流体的

能量损失〔或称压强损失pl〕来表示，其因次与压强的因次

相同。它们之间的关系是：

plghl

第一节沿程损失和局部损失

l流动阻力和能量损失的分类

l在边壁沿程不变的管段上〔如图4-1中的ab,bc,cd段〕,流动

阻力沿程也根本不变，称这类阻力为沿程阻力。克服沿程阻

力引起的能量损失称为沿程损失，又称长度损失。

l在边界急剧变化区域，阻力主要集中在该区域内及其附近，

这种集中分布的阻力称局部阻力。克服局部阻力引起的能量

损失称为局部损失。

l整个管路能量损失为各管段的沿程损失和各局部损失之和：

hlhfhm

hh

其中：f为沿程损失，m为局部损失；

l能量损失的计算公式

l能量损失计算公式用水头损失表达时，为

l沿程水头损失：lv2

h

fd2g

l局部水头损失：

v2

lh

m2g

l用压强表达，那么为2

lv

p

fd2

2

lv

pm

l式中l——管长；2

d——管径；

V——断面平均流速；

g——重力加速度；

λ——沿程阻力系数；

ζ——局部阻力系数；

第二节层流与紊流、雷诺数

l两种流态

l各液层间毫不相混，分层又规那么的流动状态称为层流，

如图4-2〔a〕所示；液体质点的运动极不规那么，各局部流

体互相剧烈掺混，这种流动状态称为紊流，如图4-2〔c〕.

（a）（b）（c）

图4-2

l由紊流变为层流的临界流速vk小于由层流转变为紊流的临界

vv

流速k。称k为上临界流速，vk为下临界流速。上临界流速

不稳定,下临界流速稳定,一般的临界流速指的是下临界流速。

l流态的判别标准——临界雷诺数

流动状态不仅和流速v有关，还和管径d、流体的动力黏度

和密度有关，用一无因次数Re表示，称雷诺数：

Revd/vd/

临界流速的雷诺数称临界雷诺数，以ReK表示，对于任何管

径和任何牛顿流体，临界流速不一样，但临界雷诺数是一

样的，都是约为2000，即

ReKvKd/2000

判别条件是：层流：Revd/2000

紊流：Revd/2000

需要强调的是临界雷诺数2000，是仅对圆管而言的，对诸

如平板饶流和厂房内气流等边壁形状不同的流动，具有不

同的临界雷诺数值。

[例4-1]有以管径d=25mm的室内上水管，如管中流速

v=1m/s，水温t=10℃。〔1〕试判断管中水的流态；〔2〕

管内保持层流状态的最大流速是多少？

[解]〔1〕10℃时水的运动黏度ν=1.31×10-6m2/s

管内雷诺数为

vd1.0m/