流體流動之摩擦阻力計(jì)算講解課件

本章章節(jié)第一節(jié)流體靜力學(xué)第二節(jié)流體在管內(nèi)的流動第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力？本章章節(jié)第一節(jié)流體靜力學(xué)第二節(jié)流體在管內(nèi)的流動第本章章節(jié)第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算四、流體在非圓形直管內(nèi)流動時的摩擦阻力本章章節(jié)第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力一、牛頓粘性摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度運(yùn)動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力稱內(nèi)摩擦力，這是產(chǎn)生流體阻力的根本原因。這種表明流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性稱為粘性，粘性是流動性的反面。剪應(yīng)力

——比例系數(shù)，稱為粘度（Viscosity)

。摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度運(yùn)動著的流體內(nèi)摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度

——比例系數(shù)，稱為粘度（Viscosity)

。

粘度只有在流動時才顯現(xiàn)出來。

粘度是流體的物理性質(zhì)之一，隨種類和物態(tài)而變化

液體粘度隨T升高而減小，氣體粘度隨T升高而增大。工程中一般忽略壓強(qiáng)對粘度的影響。

理想流體無粘性摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度——比例系數(shù)，稱為粘摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)（1883年）雷諾實(shí)驗(yàn)裝置流動型態(tài)層流湍流過渡流摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)（1883年）雷諾實(shí)驗(yàn)5摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流動型態(tài)層流湍流過渡流層流（滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合。湍流（紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。過渡流：介于層流和湍流之間，是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流動型態(tài)層流湍流過渡流層流（滯6摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)層流湍流過渡流如何判斷流體的流動類型呢？流型判據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)Re雷諾準(zhǔn)數(shù)Re標(biāo)志流體流動的湍動程度，越大表示湍動越劇烈。Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000處于不穩(wěn)定過渡區(qū)。摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)層流湍流過渡流如何判斷流體的流7摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000處于不穩(wěn)定過渡區(qū)。例20℃的水在Φ58×2.5

的鋼管中流動時，如果水的流速為1m/s，確定管中水的流動類型。解由附錄查得，20℃時水的密度為粘度為因此，可判斷水在管中呈湍流。注：無單位摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re≤2000為層流；例28摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)流體主體為湍流，但在管壁處會形成層流稱之為“層流底層”且Re越大，層流底層越薄摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)流體主體為湍流，但在管9章節(jié)小結(jié)二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流體主體為湍流，但在管壁處會形成層流稱之為“層流底層”且Re越大，層流底層越薄雷諾準(zhǔn)數(shù)Re標(biāo)志流體流動的湍動程度，越大表示湍動越劇烈。Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000處于不穩(wěn)定過渡區(qū)。章節(jié)小結(jié)二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流體主體為湍流，但在管壁處會形10摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算流動阻力包括：直管阻力

(沿程阻力），由于內(nèi)摩擦產(chǎn)生的阻力局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門、等局部地方因流速大小及方向的改變而引起的阻力。摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算流動阻力包括：直管阻11摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）—范寧公式范寧公式表明直管阻力隨流體動壓頭以及管道長度增大而增大，隨管徑的增大而減小。—壓頭損失，m—壓力損失，Pa摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力12摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）λ——摩擦阻力系數(shù)，與流動類型和管路相對粗糙度有關(guān)絕對粗糙度ε：管道壁面凸出部分的平均高度相對粗糙度ε/d：絕對粗糙度與管徑的比值摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力13摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）當(dāng)流體層流流動時摩擦阻力系數(shù)只與Re有關(guān)，與相對粗糙度無關(guān)摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力14摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）當(dāng)流體湍流流動時δb>ε時,與層流相似,只與Re有關(guān),稱水力光滑管。δb<

ε時，只與ε/d有關(guān)，為完全湍流粗糙管。摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力15摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算層流區(qū)

Re≤2000過渡區(qū)

Re=2000~4000湍流區(qū)

Re≥4000及虛線以下區(qū)域，λ與ε/d和Re均有關(guān)。

Re一定時,ε/d↑,λ↑；ε/d一定時,Re↑,λ↓。完全湍流區(qū)虛線以上區(qū)域，λ僅與ε/d有關(guān)。摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算層流區(qū)Re≤16摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力流體流經(jīng)管件、閥門、截面突變等局部地方因流速大小及方向的改變而引起的阻力，這些障礙可使層流變?yōu)橥牧鳎蚨植孔枇Ρ韧乳L度直管阻力大得多阻力系數(shù)法

局部阻力系數(shù)管件、閥門見P32，表1-10突然擴(kuò)大突然縮小摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力流體流經(jīng)管件17摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力當(dāng)量長度法

把局部阻力折算成相應(yīng)長度的直管阻力當(dāng)量長度，見P31表1-9摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力當(dāng)量長度法18摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力當(dāng)量長度法

阻力系數(shù)法

說明：（1）le和ξ均由實(shí)驗(yàn)測定，可查有關(guān)手冊和資料得到（2）不管突然擴(kuò)大還是縮小，u均取細(xì)管中的流速（3）在應(yīng)用柏努利方程時，當(dāng)截面選在出口內(nèi)側(cè)時保留動能項(xiàng)，選在出口外側(cè)時保留能量損失（ξ=1）項(xiàng)摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力當(dāng)量長度法19章節(jié)小結(jié)三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力當(dāng)量長度法

阻力系數(shù)法

直管阻力λ——摩擦阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)章節(jié)小結(jié)三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力當(dāng)量長度法20摩擦阻力四、流體在非圓形直管內(nèi)流動時的摩擦阻力解決思路：將非圓形管折算成相應(yīng)管徑的圓形管

當(dāng)量直徑

流通截面積潤濕周邊例

套管

摩擦阻力四、流體在非圓形直管內(nèi)流動時的摩擦阻力解決思路：將非21摩擦阻力四、流體在非圓形直管內(nèi)流動時的摩擦阻力解決思路：將非圓形管折算成相應(yīng)管徑的圓形管

當(dāng)量直徑

流通截面積潤濕周邊任務(wù)

ab摩擦阻力四、流體在非圓形直管內(nèi)流動時的摩擦阻力解決思路：將非22摩擦阻力管路總阻力或摩擦阻力管路總阻力或23本章章節(jié)第一節(jié)流體靜力學(xué)第二節(jié)流體在管內(nèi)的流動第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力？本章章節(jié)第一節(jié)流體靜力學(xué)第二節(jié)流體在管內(nèi)的流動第本章章節(jié)第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算四、流體在非圓形直管內(nèi)流動時的摩擦阻力本章章節(jié)第三節(jié)流體在管內(nèi)流動時的摩擦阻力一、牛頓粘性摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度運(yùn)動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力稱內(nèi)摩擦力，這是產(chǎn)生流體阻力的根本原因。這種表明流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性稱為粘性，粘性是流動性的反面。剪應(yīng)力

——比例系數(shù)，稱為粘度（Viscosity)

。摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度運(yùn)動著的流體內(nèi)摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度

——比例系數(shù)，稱為粘度（Viscosity)

。

粘度只有在流動時才顯現(xiàn)出來。

粘度是流體的物理性質(zhì)之一，隨種類和物態(tài)而變化

液體粘度隨T升高而減小，氣體粘度隨T升高而增大。工程中一般忽略壓強(qiáng)對粘度的影響。

理想流體無粘性摩擦阻力一、牛頓粘性定律與流體的粘度——比例系數(shù)，稱為粘摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)（1883年）雷諾實(shí)驗(yàn)裝置流動型態(tài)層流湍流過渡流摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)（1883年）雷諾實(shí)驗(yàn)28摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流動型態(tài)層流湍流過渡流層流（滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合。湍流（紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。過渡流：介于層流和湍流之間，是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流動型態(tài)層流湍流過渡流層流（滯29摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)層流湍流過渡流如何判斷流體的流動類型呢？流型判據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)Re雷諾準(zhǔn)數(shù)Re標(biāo)志流體流動的湍動程度，越大表示湍動越劇烈。Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000處于不穩(wěn)定過渡區(qū)。摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)層流湍流過渡流如何判斷流體的流30摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000處于不穩(wěn)定過渡區(qū)。例20℃的水在Φ58×2.5

的鋼管中流動時，如果水的流速為1m/s，確定管中水的流動類型。解由附錄查得，20℃時水的密度為粘度為因此，可判斷水在管中呈湍流。注：無單位摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re≤2000為層流；例231摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)流體主體為湍流，但在管壁處會形成層流稱之為“層流底層”且Re越大，層流底層越薄摩擦阻力二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)流體主體為湍流，但在管32章節(jié)小結(jié)二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流體主體為湍流，但在管壁處會形成層流稱之為“層流底層”且Re越大，層流底層越薄雷諾準(zhǔn)數(shù)Re標(biāo)志流體流動的湍動程度，越大表示湍動越劇烈。Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000處于不穩(wěn)定過渡區(qū)。章節(jié)小結(jié)二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)流體主體為湍流，但在管壁處會形33摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算流動阻力包括：直管阻力

(沿程阻力），由于內(nèi)摩擦產(chǎn)生的阻力局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門、等局部地方因流速大小及方向的改變而引起的阻力。摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算流動阻力包括：直管阻34摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）—范寧公式范寧公式表明直管阻力隨流體動壓頭以及管道長度增大而增大，隨管徑的增大而減小?！獕侯^損失，m—壓力損失，Pa摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力35摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）λ——摩擦阻力系數(shù)，與流動類型和管路相對粗糙度有關(guān)絕對粗糙度ε：管道壁面凸出部分的平均高度相對粗糙度ε/d：絕對粗糙度與管徑的比值摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力36摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）當(dāng)流體層流流動時摩擦阻力系數(shù)只與Re有關(guān)，與相對粗糙度無關(guān)摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力37摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力

(沿程阻力）當(dāng)流體湍流流動時δb>ε時,與層流相似,只與Re有關(guān),稱水力光滑管。δb<

ε時，只與ε/d有關(guān)，為完全湍流粗糙管。摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算直管阻力(沿程阻力38摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算層流區(qū)

Re≤2000過渡區(qū)

Re=2000~4000湍流區(qū)

Re≥4000及虛線以下區(qū)域，λ與ε/d和Re均有關(guān)。

Re一定時,ε/d↑,λ↑；ε/d一定時,Re↑,λ↓。完全湍流區(qū)虛線以上區(qū)域，λ僅與ε/d有關(guān)。摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算層流區(qū)Re≤39摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻力流體流經(jīng)管件、閥門、截面突變等局部地方因流速大小及方向的改變而引起的阻力，這些障礙可使層流變?yōu)橥牧?，因而局部阻力比同等長度直管阻力大得多阻力系數(shù)法

局部阻力系數(shù)管件、閥門見P32，表1-10突然擴(kuò)大突然縮小摩擦阻力三、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計(jì)算局部阻