第三章 管路,孔口和管嘴的水力计算ppt课件.ppt

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1、第五节圆管的沿程阻力系数本节将通过实验的办法，对圆管中流动的阻力系数进行全面系统的研究。一、尼古拉兹实验曲线1933年，尼古拉兹对六种不同相对粗糙度的管子，在Re=400~106广阔的雷诺数范围内做实验，测算出对应的阻力系数，并于1933年发表了著名的尼古拉兹曲线------随Re和相对粗糙度变化的关系曲线，见图3-10。层流区过渡区紊流水力过渡区紊流水力光滑区紊流水力粗糙区1.层流区管流为层流，这时所有的实验点均落在直线Ⅰ上，说明只与Re有关，而与无关。层流区过渡区紊流水力过渡区紊流水力光滑区紊流水力粗糙区2.

2、层流到紊流的过渡区层流区过渡区紊流水力过渡区紊流水力光滑区紊流水力粗糙区由于该区狭窄，且流态不稳定，不单独计算，归入下一区处理。3.紊流水力光滑区层流区过渡区紊流水力过渡区紊流水力光滑区紊流水力粗糙区这时所有的实验点均落在直线Ⅲ上，说明只与Re有关，而与无关。这是因为在水力光滑情况下，的影响控制在粘性底层内，对无影响，随着比值的不同，各种管道离开此区的实验点的位置不同，越大，离开此区越早。此区的计算公式有：适用于全部光滑管紊流区的尼古拉兹半经验公式：4.紊流水力过渡区层流区过渡区紊流水力过渡区紊流水力光滑区紊流水

3、力粗糙区此区随着雷诺数的增大，粘性底层变薄，管壁粗糙度对流动阻力的影响越来越明显。此区的计算公式有：由于上式为的隐函数形式，使用不便，常采用下面的简化形式：5.紊流水力粗糙区层流区过渡区紊流水力过渡区紊流水力光滑区紊流水力粗糙区在该区内，与雷诺数无关，只决定于，这是因为此区雷诺数较大，层流底层厚度很薄，粗糙凸起全部高出层流底层，伸入紊流核心区，阻力损失几乎全部都由粗糙所引起，因而粘性损失可忽略不计。此区的计算公式有：由于此区内与雷诺数无关，因此在该区做模型实验时，不论模型流动与实际流动的雷诺数是否相等，它们的粘性

4、力会自动保持力学相似，因此，此区也叫自模拟区，这样的话，在实验室内可以用简单的设备去模拟实际复杂的设备，以节约经费。容易看出粗糙圆管流动沿程水头损失将与平均流速的平方成正比，由于粗糙高度进入流速对数区，阻力大大增加，这是不难理解的。在光滑圆管流动与粗糙圆管流动之间存在过渡粗糙区，此时沿程阻力损失系数与雷诺数和相对粗糙度都有关。尼古拉兹试验反映了圆管流动的全部情况，在其试验结果图上能划分出层流区，过渡区、紊流水力光滑区、紊流水力过渡区，紊流水力粗糙区。紊流水力粗糙区通常也叫做‘阻力平方区’。在两个圆管流动肯定都属于

5、紊流水力粗糙区的前提下，它们的相似（包括具有相同的沿程损失系数）条件，只须保证相对粗糙度一样即可，而不必考虑雷诺数。被称为相似中的‘自动模型区’。圆管紊流对数流速分布不能用于壁面处，在管轴处也不符合的条件，用它计算断面平均流速会带来什么问题？思考？二、工业管道的莫迪图1944年，莫迪给出了工业管道中沿程阻力系数λ与雷诺数Re，相对粗糙度△/d之间的关系曲线，称为莫迪图。按所求出的Re和管道的△/d，在莫迪图中可以直接查出λ的值。层流层流区过渡区粗糙区过渡粗糙区光滑管莫迪图三、非圆形管道截面的沿程水头损失对于非圆形

6、截面，管道的沿程阻力损失计算，仍可以用达西公式。只是式中的管径用当量直径de=4A/χ替换：1、层流阻力系数非圆形截面管道的阻力系数，可通过圆形截面管道的阻力系数加一个修正系数后得到：形状不同，K值取值不同。（1）圆环形截面管道（2）等边三角形截面管道（3）正方形截面管道（4）矩形截面管道bhh/b11.5234K0.8880.9190.971.071.137h/b567810K1.1931.231.2781.2851.3222、紊流阻力系数对非圆形管道中的紊流，阻力系数可采用下列通用公式：第六节管路中的局部水头

7、损失产生局部水头损失的两个物理实质是：1、漩涡区的存在。2、断面速度的重新分布。管路中的各种附件的存在，使流动边界发生急剧变化，并引起在附件附近的局部地区内流体流动结构的变化，从而导致局部水头损失。通常局部水头损失可用下列公式表示：局部水头损失系数，是一个由实验确定的无量纲数。突然扩大突然缩小闸阀三通汇流管道弯头管道进口分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变→流动分离形成剪切层→剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡→平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能

8、量耗散。局部水头损失：v1A1A2v21122与沿程因摩擦造成的分布损失不同，这部分损失可以看成是集中损失在管道边界的突变处，每单位重量流体承担的这部分能量损失称为局部水头损失。根据能量方程认为因边界突变造成的能量损失全部产生在1-1，2-2两断面之间，不再考虑沿程损失。局部水头损失v1A1A2v21122上游断面1-1取在由于边界的突变，水流结构开始发生变化的渐变流段中