工程流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)第6章__流動(dòng)阻力和能量損失

1、三、能量損失的計(jì)算公式三、能量損失的計(jì)算公式 整個(gè)管路的整個(gè)管路的總能量損失總能量損失等于各管段的等于各管段的沿程損沿程損失和失和各處的各處的局部損失的總和局部損失的總和，即：，即： jfwHHH（m） jfwhhh（J/kg） jfwppp（Pa） 以壓頭損失以壓頭損失形式表示形式表示 以壓力降（壓力以壓力降（壓力損失）形式表示損失）形式表示 (1) 沿程損失的計(jì)算沿程損失的計(jì)算范寧公式范寧公式 （J/kg） 22fvdLh（m） gvdLH22f（Pa） 22fvdLp式中式中 沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù), 為無因次系數(shù)；為無因次系數(shù)； v截面的平均流速，截面的平均流速，m/s。 (2) 局

2、部損失的計(jì)算局部損失的計(jì)算（J/kg） 22jvh（m） gvH22j（Pa） 22jvp式中式中 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù), 為無因次系數(shù)。為無因次系數(shù)。或或 第二節(jié)第二節(jié) 流體的兩種流態(tài)流體的兩種流態(tài)一、雷諾實(shí)驗(yàn)和流態(tài)一、雷諾實(shí)驗(yàn)和流態(tài) 1883年英國(guó)物理學(xué)家雷諾（年英國(guó)物理學(xué)家雷諾（Reynolds）通過大量實(shí)）通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流體的運(yùn)動(dòng)有兩種不同性質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流體的運(yùn)動(dòng)有兩種不同性質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱流流態(tài)態(tài)。能量損失的規(guī)律與流態(tài)有關(guān)能量損失的規(guī)律與流態(tài)有關(guān)。 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置的示雷諾實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖所示。意圖如圖所示。 實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程 (1) 微開閥門微開閥門C: (

3、2)逐漸開大閥門逐漸開大閥門C: (3) 繼續(xù)開大閥門繼續(xù)開大閥門C: (4) 逐漸關(guān)小閥門逐漸關(guān)小閥門C: 有色液是一條界線分明的直線，與周圍的清水不相混。有色液是一條界線分明的直線，與周圍的清水不相混。 v c時(shí)，有色細(xì)流開始出現(xiàn)波動(dòng)而成波浪形細(xì)線。時(shí)，有色細(xì)流開始出現(xiàn)波動(dòng)而成波浪形細(xì)線。 有色開始抖動(dòng)、彎曲，然后斷裂有色開始抖動(dòng)、彎曲，然后斷裂與周圍清水完全混合。與周圍清水完全混合。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將按相反程序出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將按相反程序出現(xiàn)，vc小于小于v c。 實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明 （1）當(dāng)流速不同時(shí)，流體的流動(dòng)具有兩種完全不同的流態(tài)。）當(dāng)流速不同時(shí)，流體的流動(dòng)具有兩種完全不同的流態(tài)。 湍流湍流

4、(紊流紊流)臨界流速臨界流速v cvc 。 層流層流(滯流滯流) 過渡流過渡流 （2）兩種流態(tài)在一定的流速下可互相轉(zhuǎn)變。）兩種流態(tài)在一定的流速下可互相轉(zhuǎn)變。 一般用一般用下臨界流速下臨界流速vc作為判別流態(tài)的界限，作為判別流態(tài)的界限，vc也直接也直接稱為稱為臨界流速臨界流速。 v c:上臨界流速上臨界流速vc:下臨界流速下臨界流速二、流態(tài)的判斷依據(jù)二、流態(tài)的判斷依據(jù) 流體的流動(dòng)狀態(tài)不僅與流體的速度流體的流動(dòng)狀態(tài)不僅與流體的速度v有關(guān)，還與流體有關(guān)，還與流體的黏度的黏度 、密度、密度和管徑和管徑d有關(guān)。有關(guān)。 引入無因次準(zhǔn)數(shù)引入無因次準(zhǔn)數(shù)雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re: vdvdRe只要雷諾數(shù)相同，只要雷諾數(shù)

5、相同，流態(tài)必然相同。流態(tài)必然相同。 :流體密度，流體密度，kg/m3；v :截面的平均流速，截面的平均流速，m/s；d :管內(nèi)徑，管內(nèi)徑，m； :流體動(dòng)力黏度，流體動(dòng)力黏度，Pas； :流體運(yùn)動(dòng)黏度，流體運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s。 利用雷諾數(shù)的大小可判斷流體的流態(tài)。利用雷諾數(shù)的大小可判斷流體的流態(tài)。 臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)Rec:對(duì)應(yīng)于臨界流速的雷諾數(shù)。對(duì)應(yīng)于臨界流速的雷諾數(shù)。 Re2000時(shí)，是時(shí)，是層流層流流動(dòng)；流動(dòng)；Re2000時(shí)，是時(shí)，是湍流湍流流動(dòng)。流動(dòng)。慣性力慣性力 黏性力黏性力 雷諾數(shù)雷諾數(shù)= cccv dv dReRec穩(wěn)定在穩(wěn)定在20002320，一般取，一般取Rec 2000。 v

6、dvdRe 例例6-1 某低速送風(fēng)管道，內(nèi)徑某低速送風(fēng)管道，內(nèi)徑d 200mm，風(fēng)速，風(fēng)速v 3m/s，空氣溫度為空氣溫度為40。求：。求： （1）判斷風(fēng)道內(nèi)氣體的流動(dòng)狀態(tài)；）判斷風(fēng)道內(nèi)氣體的流動(dòng)狀態(tài)； （2）該風(fēng)道內(nèi)空氣保持層流的最大流速。）該風(fēng)道內(nèi)空氣保持層流的最大流速。 例例6-2 某油的黏度為某油的黏度為70 10-3Pas，密度為，密度為1050kg/m3，在，在管徑為管徑為 114mm 4mm的管道內(nèi)流動(dòng)，若油的流量為的管道內(nèi)流動(dòng)，若油的流量為30m3/h，試確定管內(nèi)油的流動(dòng)狀態(tài)。試確定管內(nèi)油的流動(dòng)狀態(tài)。 第三節(jié)第三節(jié)圓形管內(nèi)的速度分布和邊界層概念圓形管內(nèi)的速度分布和邊界層概念 一

7、、流體在圓形管內(nèi)的速度分布一、流體在圓形管內(nèi)的速度分布 流體流經(jīng)管道時(shí)，在同一截面不同點(diǎn)的速度是不同的，流體流經(jīng)管道時(shí)，在同一截面不同點(diǎn)的速度是不同的，即速度隨位置的變化而變化，這種變化關(guān)系稱為即速度隨位置的變化而變化，這種變化關(guān)系稱為速度分布速度分布。 當(dāng)流體在圓形管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，當(dāng)流體在圓形管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，無論是層流還是湍流無論是層流還是湍流，管管壁上的流速為零壁上的流速為零，其它部位的流體質(zhì)點(diǎn)速度沿徑向發(fā)生變，其它部位的流體質(zhì)點(diǎn)速度沿徑向發(fā)生變化。離開管壁越遠(yuǎn)，其速度越大，直至化。離開管壁越遠(yuǎn)，其速度越大，直至管中心處速度最大管中心處速度最大。如平板間如平板間流速分布流速分布1.圓形管內(nèi)層流速度

8、分布圓形管內(nèi)層流速度分布 層流層流一般發(fā)生在一般發(fā)生在低流速、小管徑的管路中低流速、小管徑的管路中或或黏性較大黏性較大的機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)和輸油管路中的機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)和輸油管路中。 流動(dòng)的流體在圓管內(nèi)好像無流動(dòng)的流體在圓管內(nèi)好像無數(shù)層很薄的圓筒，平行的一數(shù)層很薄的圓筒，平行的一個(gè)套著一個(gè)地相對(duì)滑動(dòng)。個(gè)套著一個(gè)地相對(duì)滑動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得層流速度分布呈實(shí)驗(yàn)測(cè)得層流速度分布呈拋物線狀分布拋物線狀分布，管中心處的，管中心處的流體質(zhì)點(diǎn)速度最大。管內(nèi)流體的平均流速流體質(zhì)點(diǎn)速度最大。管內(nèi)流體的平均流速v等于管中心處最等于管中心處最大流速大流速vmax的二分之一，即：的二分之一，即： max21vv 2.圓形管內(nèi)湍流結(jié)構(gòu)

9、及速度分布圓形管內(nèi)湍流結(jié)構(gòu)及速度分布(1) 圓形管內(nèi)湍流結(jié)構(gòu)圓形管內(nèi)湍流結(jié)構(gòu) 由三部分組成，即：由三部分組成，即： 層流底層層流底層 過渡區(qū)過渡區(qū) 湍流核心湍流核心 層流底層厚度層流底層厚度 b隨雷諾數(shù)的增大而減小。其厚度一般隨雷諾數(shù)的增大而減小。其厚度一般只有幾十分之一到幾分之一毫米，但它的存在只有幾十分之一到幾分之一毫米，但它的存在對(duì)管壁粗對(duì)管壁粗糙的擾動(dòng)糙的擾動(dòng)和和傳熱性能傳熱性能有重大影響，因此不可忽視。有重大影響，因此不可忽視。 湍流時(shí)的速度分布與湍流時(shí)的速度分布與Re值有關(guān)，值有關(guān)，Re越大越大，湍流核心區(qū)，湍流核心區(qū)內(nèi)的內(nèi)的速度分布曲線越平坦速度分布曲線越平坦。 管內(nèi)平均流速管內(nèi)

10、平均流速v與管中心處最大流速與管中心處最大流速vmax的關(guān)系一般為：的關(guān)系一般為： (2) 湍流時(shí)圓管內(nèi)速度分布湍流時(shí)圓管內(nèi)速度分布v （0.750.9）vmax 在層流底層內(nèi)，流速仍按拋在層流底層內(nèi)，流速仍按拋物線分布，速度梯度很大物線分布，速度梯度很大在湍流核心區(qū)內(nèi)，流在湍流核心區(qū)內(nèi)，流速按對(duì)數(shù)規(guī)律分布速按對(duì)數(shù)規(guī)律分布二、邊界層的概念二、邊界層的概念 以流體沿固定平板的流動(dòng)為例以流體沿固定平板的流動(dòng)為例: xc 臨界臨界距離距離 層流底層層流底層 層流邊界層層流邊界層: 平板前緣附近平板前緣附近 在平板前緣處在平板前緣處: 流體以流體以v0流動(dòng)流動(dòng) 流過平板壁面時(shí)流過平板壁面時(shí):邊界層邊界

11、層 : v 00.99v0 外流區(qū)外流區(qū)(主流區(qū)主流區(qū)): v v0 湍流邊界層湍流邊界層: 距平板前緣距平板前緣xc起起 逐漸加大逐漸加大 緊靠板面處緊靠板面處 1.邊界層的形成和發(fā)展邊界層的形成和發(fā)展工程中工程中, 常為流體在圓管內(nèi)流動(dòng)常為流體在圓管內(nèi)流動(dòng): 流體進(jìn)入管道前流體進(jìn)入管道前:流速均勻流速均勻 流體剛進(jìn)入圓管流體剛進(jìn)入圓管:即形成邊界層即形成邊界層 距管口距管口x0處處: 邊界層匯合于管中心線邊界層匯合于管中心線 x0以后以后: 完全發(fā)展了的流動(dòng)完全發(fā)展了的流動(dòng) 隨隨 x 的增大的增大逐漸加大逐漸加大, 形成圖示流速分布形成圖示流速分布 x0稱為進(jìn)口段長(zhǎng)稱為進(jìn)口段長(zhǎng)度或穩(wěn)定段長(zhǎng)

12、度度或穩(wěn)定段長(zhǎng)度 層流層流 湍流湍流 管內(nèi)邊界管內(nèi)邊界層是湍流層是湍流 管內(nèi)邊界管內(nèi)邊界層是層流層是層流 2.邊界層分離邊界層分離以流體流過曲柱體壁面為例以流體流過曲柱體壁面為例: B之前之前: 流體質(zhì)點(diǎn)因流道截面變小而流體質(zhì)點(diǎn)因流道截面變小而加速減壓加速減壓 邊界層邊界層的一個(gè)重要特點(diǎn)是在某些情況下會(huì)的一個(gè)重要特點(diǎn)是在某些情況下會(huì)脫離壁面脫離壁面，稱為稱為邊界分離邊界分離。 B之后之后: 流體質(zhì)點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)減速增壓減速增壓, 流速分布不均勻流速分布不均勻,出現(xiàn)分離面出現(xiàn)分離面CD 局部阻力局部阻力 邊界層邊界層的外緣的外緣分離面分離面CD分離面與壁面之間分離面與壁面之間有流體倒流產(chǎn)生旋有流體倒

13、流產(chǎn)生旋渦，產(chǎn)生渦，產(chǎn)生形體阻力形體阻力 摩擦阻力摩擦阻力形體阻力形體阻力(旋渦阻力旋渦阻力)C點(diǎn)為邊界層分離點(diǎn)點(diǎn)為邊界層分離點(diǎn)B點(diǎn)為點(diǎn)為最高點(diǎn)最高點(diǎn)如彎頭如彎頭因固體表因固體表面形狀而面形狀而造成造成第四節(jié)第四節(jié)流體在管內(nèi)流動(dòng)阻力損失的計(jì)算流體在管內(nèi)流動(dòng)阻力損失的計(jì)算 一、沿程損失計(jì)算一、沿程損失計(jì)算1.沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)的影響因素的影響因素 流體流體層流層流流動(dòng)時(shí)流動(dòng)時(shí): Re較小較小，黏性力起主導(dǎo)作用黏性力起主導(dǎo)作用，產(chǎn)生產(chǎn)生黏性阻力黏性阻力，其值取決于，其值取決于雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re，而與管壁粗糙度無關(guān)。，而與管壁粗糙度無關(guān)。 流體流體流態(tài)流態(tài)不同，對(duì)流動(dòng)阻力的影響也不同。不同，對(duì)流

14、動(dòng)阻力的影響也不同。 因此，對(duì)于因此，對(duì)于層流層流：Ref 流體流體湍流湍流流動(dòng)時(shí)流動(dòng)時(shí): Re較大，其阻力為較大，其阻力為黏性阻力黏性阻力和和慣性慣性阻力阻力之和，其值分別取決于之和，其值分別取決于雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re及及管壁面粗糙度管壁面粗糙度。 壁面粗糙度對(duì)沿程損失的影響取決于壁面粗糙度對(duì)沿程損失的影響取決于相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度K/d 。 因此，對(duì)于因此，對(duì)于湍流湍流：絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度K: 管壁表面粗糙突起絕對(duì)高度的平均距離管壁表面粗糙突起絕對(duì)高度的平均距離。K為絕對(duì)粗糙為絕對(duì)粗糙度度, d 為管徑為管徑dKRef,2.圓形管內(nèi)層流時(shí)沿程阻力系數(shù)的計(jì)算圓形管內(nèi)層流時(shí)沿程阻力系數(shù)的計(jì)算 理

15、論分析得出，流體在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的理論分析得出，流體在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的壓壓力損失力損失 pf為：為：可得可得圓管層流圓管層流流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)時(shí)的沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù)為為 :由于由于 pf hf 哈根哈根-泊謖葉方程泊謖葉方程 2f32dLvp264223232222fvdLRevdLvddLvhRe64而而22fvdLh沿程阻力系數(shù)沿程阻力系數(shù) 與與Re成反比，成反比，與管壁粗糙度無關(guān)。與管壁粗糙度無關(guān)。 例例6-3 用內(nèi)徑為用內(nèi)徑為d 10mm，長(zhǎng)為，長(zhǎng)為L(zhǎng) 3m的輸油管輸送潤(rùn)的輸油管輸送潤(rùn)滑油，已知該潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度滑油，已知該潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度 1.802 10-4m2/s

16、，求流量，求流量為為qV=75cm3/s時(shí)，潤(rùn)滑油在管道上的沿程損失。時(shí)，潤(rùn)滑油在管道上的沿程損失。 3.圓形管內(nèi)湍流時(shí)沿程阻力系數(shù)的計(jì)算圓形管內(nèi)湍流時(shí)沿程阻力系數(shù)的計(jì)算 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其沿程阻力系沿程阻力系數(shù)數(shù) 不僅與不僅與v、d、 和和 有關(guān)，而且還與管壁的粗糙度有關(guān)，而且還與管壁的粗糙度( K、K/d )有關(guān)。有關(guān)。 （1）管壁的粗糙度對(duì)沿程阻力系數(shù)的影響）管壁的粗糙度對(duì)沿程阻力系數(shù)的影響 流體流體層流層流時(shí)，時(shí)， 管壁上凸起部分都被有規(guī)則的流體層所管壁上凸起部分都被有規(guī)則的流體層所覆蓋，而流速又較緩慢，流體質(zhì)點(diǎn)對(duì)管壁凸起部分不會(huì)有

17、覆蓋，而流速又較緩慢，流體質(zhì)點(diǎn)對(duì)管壁凸起部分不會(huì)有碰撞作用，所以，碰撞作用，所以， 與與K/d無關(guān)無關(guān)。 bK，管壁凸起部分被，管壁凸起部分被層流底層層流底層覆蓋，此狀態(tài)下為覆蓋，此狀態(tài)下為光滑光滑 管管， 與與Re有關(guān)有關(guān)。 bK，管壁凸起部分，管壁凸起部分 完全暴露于湍流核心區(qū)完全暴露于湍流核心區(qū) 中，為中，為粗糙管粗糙管， 主要與主要與 K/d有關(guān)有關(guān)。 bK，粗糙度影響到湍流核心區(qū)的流動(dòng)，粗糙度影響到湍流核心區(qū)的流動(dòng)， 與與Re、K/d有關(guān)有關(guān)。 b層流底層流底層厚度層厚度 流體流體湍流湍流時(shí)，時(shí)，湍流中流速較大的流湍流中流速較大的流體質(zhì)點(diǎn)沖擊凸起部位，體質(zhì)點(diǎn)沖擊凸起部位，形成旋渦，能

18、量損失形成旋渦，能量損失激增激增莫迪圖的五個(gè)區(qū)域：莫迪圖的五個(gè)區(qū)域： 以以Re為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，K/d為參數(shù)，標(biāo)繪出為參數(shù)，標(biāo)繪出Re與與 關(guān)系的圖稱為關(guān)系的圖稱為莫迪圖莫迪圖。（2）莫迪圖與沿程阻力系數(shù)）莫迪圖與沿程阻力系數(shù) 從中可直接從中可直接查出查出 值值 層流區(qū)層流區(qū) Re2000, 64/Re。 臨界過渡區(qū)臨界過渡區(qū) Re 20004000，一般將湍流時(shí)的曲線一般將湍流時(shí)的曲線 延伸，按延伸，按湍流狀況查取湍流狀況查取 值值。 湍流光滑區(qū)湍流光滑區(qū) Re4000， bK ， f2（Re）。 和和Re成曲線關(guān)系，且成曲線關(guān)系，且隨著隨著Re的增加而減小的增加而減

19、小 bK , f（Re，K/d）。 湍流過渡區(qū)湍流過渡區(qū) Re4000及圖中虛線以下、湍流光滑區(qū)曲線以上的區(qū)域及圖中虛線以下、湍流光滑區(qū)曲線以上的區(qū)域。 湍流粗糙區(qū)湍流粗糙區(qū)Re4000及圖中虛線以上的區(qū)域及圖中虛線以上的區(qū)域。 bK， f（K/d）。此區(qū)又稱。此區(qū)又稱阻力平方區(qū)阻力平方區(qū)或或完全湍流區(qū)完全湍流區(qū)。 當(dāng)當(dāng)K/d一定時(shí)，一定時(shí)， 隨隨Re值的增大值的增大而減小，而減小，Re值增至某一數(shù)值后值增至某一數(shù)值后 值下降緩慢；當(dāng)值下降緩慢；當(dāng)Re值一定時(shí)，值一定時(shí)， 隨隨K/d值的增加而增大值的增加而增大 此區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)阻力所引此區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)阻力所引起的能量損失起的能量損失hf與與v

20、2成正比成正比 莫迪圖的使用方法莫迪圖的使用方法 布拉休斯公式布拉休斯公式 湍流光滑區(qū)湍流光滑區(qū)（3）湍流）湍流 的計(jì)算公式的計(jì)算公式 均為計(jì)算均為計(jì)算 的經(jīng)驗(yàn)公的經(jīng)驗(yàn)公式和半經(jīng)驗(yàn)公式式和半經(jīng)驗(yàn)公式 （Re105） 尼古拉茲公式尼古拉茲公式 25. 03164. 0Re51. 2lg21Re f2（Re）希弗林松公式希弗林松公式 湍流粗糙區(qū)湍流粗糙區(qū) 尼古拉茲公式尼古拉茲公式 25. 011. 0dKKd7 . 3lg21 f（K/d） 湍流過渡區(qū)湍流過渡區(qū) 莫迪公式莫迪公式 316102000010055. 0RedK柯列勃洛克公式柯列勃洛克公式 RedK51. 27 . 3lg21阿里特蘇

21、里公式阿里特蘇里公式 25. 06811. 0RedK適合于整個(gè)湍適合于整個(gè)湍流區(qū)的綜合經(jīng)流區(qū)的綜合經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)公式 f（Re，K/d） 分區(qū)計(jì)算分區(qū)計(jì)算 ，首先要準(zhǔn)確地判定湍流所處的區(qū)域，首先要準(zhǔn)確地判定湍流所處的區(qū)域，然后才能選用恰當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計(jì)算。然后才能選用恰當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計(jì)算。 （4）湍流分區(qū)判別式）湍流分區(qū)判別式 湍流光滑區(qū)湍流光滑區(qū) 湍流過渡區(qū)湍流過渡區(qū) 湍流粗糙區(qū)湍流粗糙區(qū) 28. 132. 0KdRe Kd1000 2000Re 28. 132. 0KdRe Kd1000 例例6-4 水管為一根長(zhǎng)為水管為一根長(zhǎng)為50m，直徑，直徑d 0.1m的新鑄鐵管，的新鑄鐵管，水的運(yùn)動(dòng)黏度水

22、的運(yùn)動(dòng)黏度 1.31 10-6m2/s，水的平均流速，水的平均流速v 5m/s，試求，試求該管段的沿程壓頭損失。該管段的沿程壓頭損失。 對(duì)非圓形管道，如矩形風(fēng)道、梯形或三角形明渠等對(duì)非圓形管道，如矩形風(fēng)道、梯形或三角形明渠等 ，上述計(jì)算公式仍適用，但公式中的上述計(jì)算公式仍適用，但公式中的直徑直徑d需采用需采用 “當(dāng)當(dāng)量直徑量直徑de”來進(jìn)行計(jì)算來進(jìn)行計(jì)算 。 4.非圓管內(nèi)流動(dòng)的沿程損失非圓管內(nèi)流動(dòng)的沿程損失（1）水力半徑水力半徑R 流體流經(jīng)通道的流體流經(jīng)通道的截面積截面積A與濕周與濕周x 之比之比。即：即： 濕周濕周: 流道截面上流體接觸即潤(rùn)濕固體壁面部分的周邊長(zhǎng)度。流道截面上流體接觸即潤(rùn)濕固

23、體壁面部分的周邊長(zhǎng)度。 只有在滿流情況下濕周才等于周長(zhǎng)。只有在滿流情況下濕周才等于周長(zhǎng)。 xAR 圓管滿流時(shí)圓管滿流時(shí) ( 圖圖a) 圓管半流時(shí)圓管半流時(shí) （圖（圖b） 套管環(huán)形通道滿流時(shí)套管環(huán)形通道滿流時(shí) （圖（圖c） 矩形通道滿流時(shí)矩形通道滿流時(shí) （圖（圖d）442dddxAR85 . 042dddxARdDdDdDxAR41422baabxAR2 明渠明渠 （圖（圖e)baabxAR2（2）當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de 當(dāng)量直徑為水力半徑的四倍當(dāng)量直徑為水力半徑的四倍，即：，即： 用前面介紹的方法對(duì)非圓管進(jìn)行沿程阻力計(jì)算時(shí)，用前面介紹的方法對(duì)非圓管進(jìn)行沿程阻力計(jì)算時(shí)， 涉及涉及Re、K/d、L/

24、d中中d的確定必需用的確定必需用當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de來來 代替。代替。Rd4e 例例6-5 某鋼板制風(fēng)道，截面尺寸為某鋼板制風(fēng)道，截面尺寸為400mm 200mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)度為度為80m，管內(nèi)平均流速，管內(nèi)平均流速v 10m/s，空氣溫度，空氣溫度t 20，求該風(fēng)，求該風(fēng)道的沿程壓力損失道的沿程壓力損失 pf。1.局部損失產(chǎn)生的主要原因局部損失產(chǎn)生的主要原因 （1）邊壁條件的急劇變化邊壁條件的急劇變化，使，使流體產(chǎn)生邊界層分離流體產(chǎn)生邊界層分離，形成形成旋渦區(qū)旋渦區(qū)，產(chǎn)生能量損失。，產(chǎn)生能量損失。 （2）邊壁條件的改變邊壁條件的改變，使，使流體受到壓縮或擴(kuò)張流體受到壓縮或擴(kuò)張，引起，引起流動(dòng)速度

25、重新分布流動(dòng)速度重新分布。 二、局部損失計(jì)算二、局部損失計(jì)算2.影響局部損失的主要因素影響局部損失的主要因素知知22jvh（J/kg） 為為局部阻礙形狀局部阻礙形狀和和流速流速。 由由局部損失局部損失hj主要與局部阻力系數(shù)主要與局部阻力系數(shù) 和流速和流速v有關(guān)，有關(guān)，而而 僅與僅與形成局部阻力的形成局部阻力的局部阻礙幾何形狀有局部阻礙幾何形狀有關(guān)關(guān)而而與與Re無關(guān)無關(guān)。3.局部阻力系數(shù)及局部損失計(jì)算局部阻力系數(shù)及局部損失計(jì)算或或 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 值通常值通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 （1）管徑突然擴(kuò)大管徑突然擴(kuò)大 典型局部阻礙阻力系數(shù)的確定方法和局部損失計(jì)算典型局部阻礙阻力系數(shù)的確定方

26、法和局部損失計(jì)算: 22111AA21221AA2211jvh或或2222jvh 擴(kuò)散角，一般取擴(kuò)散角，一般取 =612 ； 漸擴(kuò)管前細(xì)管內(nèi)流體的沿程阻力系數(shù)；漸擴(kuò)管前細(xì)管內(nèi)流體的沿程阻力系數(shù)； （2）管徑逐漸擴(kuò)大（漸擴(kuò)管）管徑逐漸擴(kuò)大（漸擴(kuò)管） 式中式中 K 與擴(kuò)散角與擴(kuò)散角 有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)有關(guān)的系數(shù)，當(dāng) 20時(shí)，時(shí)， 可近似取可近似取k sin 。2212211112sin8AAkAA 在在60左右左右損失最大損失最大 （4）管徑逐漸縮?。u縮管）管徑逐漸縮小（漸縮管） 其能量損失主要發(fā)生在其能量損失主要發(fā)生在變徑前后變徑前后，對(duì)應(yīng)于，對(duì)應(yīng)于v2的的 公式為公式為: （3）管徑突然縮小管徑突然縮小 在收縮角在收縮角 30的情況下，對(duì)應(yīng)于的情況下，對(duì)應(yīng)于v2的的 公式為公式為: 12121AA21212sin8AA（6）管道進(jìn)口管道進(jìn)口 由管徑突然擴(kuò)大由管徑突然擴(kuò)大 的計(jì)算公式知：的計(jì)算公式知： （5）管道出口（流入大容器）管道出口（流入大容器） 管道進(jìn)口的局部阻力系數(shù)與管道進(jìn)口的局部阻力系數(shù)與進(jìn)口邊緣的情