流动阻力和能量损失课件.ppt

流動阻力和能量損失能量損失一般有兩種表示方法：流體阻力是造成能量損失的原因。產生阻力的內因是流體的粘性和慣性，外因是固體壁面對流體的阻滯作用和擾動作用。通常用單位重量流體的能量損失（或稱水頭損失）h1來表示，用液柱高度來量度；用液柱高度來量度；對於氣體，則常用單位體積流體的能量損失（或稱壓力損失）H損來表示，用壓力來量度。它們之間的關係為：H損=γh1一、能量損失的兩種形式：能量損失分為兩類：沿程損失和局部損失。㈠沿程阻力和沿程損失在邊壁沿程不變的管段上，流速基本上是沿程不變的，流動阻力只有沿程不變的切應力，稱為沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量損失，稱為沿程損失，用hf（或Hf）表示。㈡局部阻力和局部損失在邊界急劇變化的區域，由於出現了漩渦區和速度分佈的變化，流動阻力大大增加，形成比較集中的能量損失。這種阻力稱為局部阻力，相應的能量損失稱為局部損失，用hj（或Hj）表示。㈢能量損失的計算公式工程上常用的能量損失計算公式為：1．沿程水頭損失：一、能量損失的兩種形式：整個管路的能量損失等於各管段的沿程損失和所有局部損失的總和，即：hL=Σhf+Σhj2．局部水頭損失：寫成壓力損失的形式，則為： 式中：L—管長[米]；d—管徑[米]；V—斷面平均流速[米/秒]；λ—沿程阻力係數（無因次參數）；ζ—局部阻力係數（無因次參數）。一、能量損失的兩種形式：二、層流、紊流和雷諾實驗實際流體運動存在著兩種不同的狀態，即層流和紊流。這兩種流動狀態的沿程損失規律大不相同。㈠雷諾實驗液體沿管軸方向流動時，流束之間或流體層與層之間彼此不相混雜，質點沒有徑向的運動，都保持各自的流線運動。這種流動狀態，稱為層流運動。管中流速再稍增加，或有其他外部干擾振動，則有色液體將破裂、混雜成為一種紊亂狀態。這種運動狀態，稱為紊流運動二、層流、紊流和雷諾實驗雷諾和其他學者的大量實驗數據證實，若這四個物理量寫成無因次數：二、層流、紊流和雷諾實驗則流動是紊流；則流動是層流。二、層流、紊流和雷諾實驗研究非圓形斷面或在流體中運動的物體時，式中的d應以其相應的特徵尺寸代替。能夠綜合反映斷面水力特性的量是水力半徑R；它被定義為其中A為有效斷面面積（米2）。X稱為濕周（米），指在有效斷面A上，流體與固體邊界的接觸長度，下圖為幾種濕周的例子。二、層流、紊流和雷諾實驗對於圓形管道，其水力半徑R為：R=1/4πd2/πd=d/4或寫成：d=4R以d當表示，即d=4R=d當。在通風工程中，除圓斷面管道外，常見的還有矩形斷面管道，其相應的d當為：d當=4R=4ab/2（a+b）=2ab/（a+b）㈢流態分析層流和紊流的根本區別在於層流各流層間互不摻混，只存在粘性引起的摩擦阻力；紊流則有大小不等的渦流動盪於各流層之間，除了粘性阻力，還存在著由於質點摻混、互相碰撞所造成的慣性阻力。因此，紊流阻力比層流阻力大得多。雷諾數之所以能判別流態，正是因為它反映了慣性力和粘性力的對比關係。因此，當管中流體流動的雷諾數小於2320時，其粘性起主導作用，層流穩定。當雷諾數大於2320時，在流動核心部分的慣性力克服了粘性力的阻滯而產生渦流，摻混現象出現，層流向紊流轉化。二、層流、紊流和雷諾實驗三、單位摩阻R及沿程阻力的計算每米長管道所具有的沿程摩擦阻力損失稱為單位摩阻，以R表示。㈠圓管的沿程摩擦阻力：對於每米長的圓管，其單位摩阻為：R=λ/d·H動代入公式得：Hm=R·L圓管的單位摩阻R的數值可從附錄中查找。三、單位摩阻R及沿程阻力的計算㈡矩形直長管道的沿程摩擦阻力：求矩形管道中的摩擦阻力時，最方便的方法是利用當量直徑來計算。在計算中，不必自行計算摩擦阻力係數λ，根據流速v和流速當量直徑d當可直接求出單位摩阻R，上述數字均可通過查表取得。四、局部阻力的計算㈠局部阻力的分類1．流向改變⒉流速改變方向四、局部阻力的計算㈡、局部阻力的計算1．突然擴大圓管的局部阻力計算：（1）流體斷面1-1