絕對粗糙度課件

流體在管內(nèi)流動時的阻力計算張靜流體在管內(nèi)流動時張靜1復(fù)習(xí)提問流量的概念與類型;流速的概念與類型;流體的黏性的概念及符號復(fù)習(xí)提問2(一)直管阻力流動阻力產(chǎn)生的原因a.流體有粘性，流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦——阻力產(chǎn)生根源b.固體表面促使流動流體內(nèi)部發(fā)生相對運動——阻力產(chǎn)生的條件c.流動阻力大小與流體本身物性（主要為,）,壁面形狀及流動狀況等因素有關(guān)。(一)直管阻力流動阻力產(chǎn)生的原因3流動阻力分類流動阻力分類41、范寧公式

直管阻力通常由范寧公式計算式中

hf——直管阻力，J/kg；

λ——摩擦系數(shù)，也稱摩擦因數(shù)，無單位；l——直管的長度，m；d——直管的內(nèi)徑，m；u——流體在管內(nèi)的流速，m/s。1、范寧公式

直管阻力通常由范寧公式計算5范寧公式中的摩擦因數(shù)λ是確定直管阻力損失的重要參數(shù)。λ的值與反映流體湍動程度的Re及管內(nèi)壁粗糙程度的ε大小有關(guān)。范寧公式中的摩擦因數(shù)λ是確定直管阻力損失的重要參數(shù)。λ的值62、管壁粗糙程度對管流的影響工業(yè)生產(chǎn)上所使用的管道，大致可分為光滑管與粗糙管。絕對粗糙度：絕對粗糙度是指管壁突出部分的平均高度，以ε表示相對粗糙度：相對粗糙度是指絕對粗糙度與管道內(nèi)徑的比值，即ε/d。管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響程度與管徑的大小有關(guān)，所以在流動阻力的計算中，要考慮相對粗糙度的大小。

2、管壁粗糙程度對管流的影響工業(yè)生產(chǎn)上所使用的管道，大致可7按材料性質(zhì)和加工情況，將管道分為兩類，即

水力光滑管:

如玻璃管，黃銅管，塑料管等粗糙管:

如鋼管，鑄鐵管，水泥管等。其粗糙度可用絕對粗糙度ε和相對粗糙度ε/d表示按材料性質(zhì)和加工情況，將管道分為兩類，即

水力光滑管:

如8某些工業(yè)管道的絕對粗糙度

管道類別絕對粗糙度ε/mm無縫黃銅管、銅管及鋁管新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無縫鋼管具有重度腐蝕的無縫鋼管舊的鑄鐵管干凈玻璃管很好整平的水泥管0.01～0.050.1～0.20.30.2～0.30.5以上0.85以上0.0015～0.010.33某些工業(yè)管道的絕對粗糙度管道類別絕對粗糙度ε/mm無縫黃銅93、摩擦系數(shù)的確定層流時摩擦系數(shù)：流體作層流流動時，與ε/d無關(guān)，摩擦系數(shù)只是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)

哈根-伯稷葉方程：流體在圓直管內(nèi)作層流流動時的阻力計算式3、摩擦系數(shù)的確定層流時摩擦系數(shù)：流體作層流流動時，與ε/10湍流時摩擦系數(shù)：①使用經(jīng)驗公式計算：各種經(jīng)驗公式，均有一定的適用范圍，可參閱有關(guān)資料。②查莫狄（Moody）圖：可以方便地根據(jù)Re與ε/d值從圖中查得各種情況下的λ值。

湍流時摩擦系數(shù)：11b.莫狄（Moody）圖b.莫狄（Moody）圖12絕對粗糙度課件134.高度湍流區(qū):由此決定了工程實際中管道流速不可能太高討論:1.層流區(qū):λ隨Re增大而減小,并不意味著此時阻力隨流速增大而下降，而只是說明在層流時阻力損失正比于速度的一次.——一次方定律2.過渡區(qū):3.湍流區(qū):當(dāng)ε/d一定時,阻力損失與速度的平方成正比——平方定律4.高度湍流區(qū):由此決定了工程實際中管道流速不可能太高討論:141.局部阻力產(chǎn)生原因：在局部地方，當(dāng)流體的流速大小或方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生邊界層分離和大量渦流，增大內(nèi)磨擦，均產(chǎn)生局部阻力。①非直管件，如三通、彎頭；②直形阻力件，如閥門、大小接頭；③流體漸擴,漸收及進、出口處（二）局部阻力1.局部阻力產(chǎn)生原因：在局部地方，當(dāng)流體的流速大小或方向發(fā)生15局部阻力一般有兩種計算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。（1）當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法是將流體通過局部障礙時的局部阻力計算轉(zhuǎn)化為直管阻力損失的計算方法。當(dāng)量長度是與某局部障礙具有相同能量損失的同直徑直管長度。

u——管內(nèi)流體的平均流速，m/s。le——當(dāng)量長度，m，由實驗測定，某些管件與閥門的當(dāng)量長度也可以從圖1-9查得。當(dāng)局部流通截面發(fā)生變化時，u應(yīng)該采用較小截面處的流體流速。局部阻力一般有兩種計算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。u—16各種管件閥門的值可查圖1-41

稱為局部阻力的當(dāng)量長度,m式中:小管的各種管件閥門的值可查圖1-41稱為局部阻力的當(dāng)量長17（2）阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的一個倍數(shù)，則

式中

ζ——

局部阻力系數(shù)，無單位，其值由實驗測定。常見局部阻力的系數(shù)大小，由實驗測定可查表獲得。（2）阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的一個倍數(shù)，則

18（1）管路出口上動能和能量的損失只能取一項.當(dāng)截面選在出口內(nèi)側(cè)時取動能,選在出口外側(cè)時取能量損失(ξe=1）；注意:（2）不管突然擴大還是縮小，u均取細管中的流速；管出口彎管閥門管入口22u222u22-2面取在出口內(nèi)側(cè)時，hf中應(yīng)不包括出口阻力損失，但2-2面取在出口外側(cè)時，hf中應(yīng)包括出口阻力損失，其大小為，但2-2面的動能為零。（1）管路出口上動能和能量的損失只能取一項.當(dāng)截面選在出口內(nèi)19（三）總阻力

1.當(dāng)量長度法

當(dāng)用當(dāng)量長度法計算局部阻力時，其總阻力計算式為

式中

Σle——管路全部管件與閥門等的當(dāng)量長度之和，m。（三）總阻力1.當(dāng)量長度法202.阻力系數(shù)法當(dāng)用阻力系數(shù)法計算局部阻力時，其總阻力計算式為

式中

Σζ——管路全部的局部阻力系數(shù)之和。

2.阻力系數(shù)法21注意：當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時，管路的總能量損失應(yīng)分段計算，然后再求和?？傋枇Φ谋硎痉椒ǔ艘阅芰啃问奖硎就猓€可以用壓頭損失Hf（1N流體的流動阻力，m）及壓力降Δpf（1m3流體流動時的流動阻力，m）表示。它們之間的關(guān)系為hf=HfgΔpf=ρhf=ρHfg

注意：當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時，管路的總能量損失應(yīng)分22知識補充非圓形直管的流動阻力計算實驗表明，對于非圓形截面的通道，可以用一個與圓形管直徑d相當(dāng)?shù)摹爸睆健眮泶?，稱作當(dāng)量直徑，用de表示。當(dāng)量直徑等于4倍水力半徑rH。知識補充非圓形直管的流動阻力計算23對于梯形管:特別：對于矩形管:對于正方形管:對于正三角形管:對于套環(huán)管:對于圓形管:對于梯形管:特別：對于矩形管:對于正方形管:對于正三角形管:24課堂小結(jié)管路系統(tǒng)的總能量損失（總阻力損失）是管路上全部直管阻力和局部阻力之和，可寫出（1-60）

式中――管路系統(tǒng)總能量損失，J/kg；――管路中管件閥門的當(dāng)量長度之和，m；――管路中局部阻力（如進口、出口）系數(shù)之和l――各段直管總長度，m

注意：1.適用于直徑相同的管道或管路系統(tǒng)的計算2.若管路由直徑不同的管道組成時，由于各段流速不同，應(yīng)分段計算，然后求和課堂小結(jié)管路系統(tǒng)的總能量損失（總阻力損失）是管路上全部直管阻25課堂測試1、計算管路系統(tǒng)突然擴大和突然縮小的局部阻力時，速度值應(yīng)取為（）。A．上游截面處流速B．下游截面處流速C．小管中流速D．大管中流速2.流體流過管件、閥門及設(shè)備進出口時所產(chǎn)生的阻力損失稱為___________損失。課堂測試1、計算管路系統(tǒng)突然擴大和突然縮小的局部阻力時，速度263、流體阻力產(chǎn)生的根本原因是由于流體具有

。A、粘性

B、密度

C、速度

D、靜壓能4．流體流動局部阻力的兩種計算方法分別為▁▁▁▁▁和▁▁▁▁。3、流體阻力產(chǎn)生的根本原因是由于流體具有

。27作業(yè)布置1、簡述產(chǎn)生直管阻力與局部阻力的不同原因2、直管阻力與局部阻力的計算公式。作業(yè)布置1、簡述產(chǎn)生直管阻力與局部阻力的不同原因28流體在管內(nèi)流動時的阻力計算張靜流體在管內(nèi)流動時張靜29復(fù)習(xí)提問流量的概念與類型;流速的概念與類型;流體的黏性的概念及符號復(fù)習(xí)提問30(一)直管阻力流動阻力產(chǎn)生的原因a.流體有粘性，流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦——阻力產(chǎn)生根源b.固體表面促使流動流體內(nèi)部發(fā)生相對運動——阻力產(chǎn)生的條件c.流動阻力大小與流體本身物性（主要為,）,壁面形狀及流動狀況等因素有關(guān)。(一)直管阻力流動阻力產(chǎn)生的原因31流動阻力分類流動阻力分類321、范寧公式

直管阻力通常由范寧公式計算式中

hf——直管阻力，J/kg；

λ——摩擦系數(shù)，也稱摩擦因數(shù)，無單位；l——直管的長度，m；d——直管的內(nèi)徑，m；u——流體在管內(nèi)的流速，m/s。1、范寧公式

直管阻力通常由范寧公式計算33范寧公式中的摩擦因數(shù)λ是確定直管阻力損失的重要參數(shù)。λ的值與反映流體湍動程度的Re及管內(nèi)壁粗糙程度的ε大小有關(guān)。范寧公式中的摩擦因數(shù)λ是確定直管阻力損失的重要參數(shù)。λ的值342、管壁粗糙程度對管流的影響工業(yè)生產(chǎn)上所使用的管道，大致可分為光滑管與粗糙管。絕對粗糙度：絕對粗糙度是指管壁突出部分的平均高度，以ε表示相對粗糙度：相對粗糙度是指絕對粗糙度與管道內(nèi)徑的比值，即ε/d。管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響程度與管徑的大小有關(guān)，所以在流動阻力的計算中，要考慮相對粗糙度的大小。

2、管壁粗糙程度對管流的影響工業(yè)生產(chǎn)上所使用的管道，大致可35按材料性質(zhì)和加工情況，將管道分為兩類，即

水力光滑管:

如玻璃管，黃銅管，塑料管等粗糙管:

如鋼管，鑄鐵管，水泥管等。其粗糙度可用絕對粗糙度ε和相對粗糙度ε/d表示按材料性質(zhì)和加工情況，將管道分為兩類，即

水力光滑管:

如36某些工業(yè)管道的絕對粗糙度

管道類別絕對粗糙度ε/mm無縫黃銅管、銅管及鋁管新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無縫鋼管具有重度腐蝕的無縫鋼管舊的鑄鐵管干凈玻璃管很好整平的水泥管0.01～0.050.1～0.20.30.2～0.30.5以上0.85以上0.0015～0.010.33某些工業(yè)管道的絕對粗糙度管道類別絕對粗糙度ε/mm無縫黃銅373、摩擦系數(shù)的確定層流時摩擦系數(shù)：流體作層流流動時，與ε/d無關(guān)，摩擦系數(shù)只是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)

哈根-伯稷葉方程：流體在圓直管內(nèi)作層流流動時的阻力計算式3、摩擦系數(shù)的確定層流時摩擦系數(shù)：流體作層流流動時，與ε/38湍流時摩擦系數(shù)：①使用經(jīng)驗公式計算：各種經(jīng)驗公式，均有一定的適用范圍，可參閱有關(guān)資料。②查莫狄（Moody）圖：可以方便地根據(jù)Re與ε/d值從圖中查得各種情況下的λ值。

湍流時摩擦系數(shù)：39b.莫狄（Moody）圖b.莫狄（Moody）圖40絕對粗糙度課件414.高度湍流區(qū):由此決定了工程實際中管道流速不可能太高討論:1.層流區(qū):λ隨Re增大而減小,并不意味著此時阻力隨流速增大而下降，而只是說明在層流時阻力損失正比于速度的一次.——一次方定律2.過渡區(qū):3.湍流區(qū):當(dāng)ε/d一定時,阻力損失與速度的平方成正比——平方定律4.高度湍流區(qū):由此決定了工程實際中管道流速不可能太高討論:421.局部阻力產(chǎn)生原因：在局部地方，當(dāng)流體的流速大小或方向發(fā)生變化時，產(chǎn)生邊界層分離和大量渦流，增大內(nèi)磨擦，均產(chǎn)生局部阻力。①非直管件，如三通、彎頭；②直形阻力件，如閥門、大小接頭；③流體漸擴,漸收及進、出口處（二）局部阻力1.局部阻力產(chǎn)生原因：在局部地方，當(dāng)流體的流速大小或方向發(fā)生43局部阻力一般有兩種計算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。（1）當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法是將流體通過局部障礙時的局部阻力計算轉(zhuǎn)化為直管阻力損失的計算方法。當(dāng)量長度是與某局部障礙具有相同能量損失的同直徑直管長度。

u——管內(nèi)流體的平均流速，m/s。le——當(dāng)量長度，m，由實驗測定，某些管件與閥門的當(dāng)量長度也可以從圖1-9查得。當(dāng)局部流通截面發(fā)生變化時，u應(yīng)該采用較小截面處的流體流速。局部阻力一般有兩種計算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。u—44各種管件閥門的值可查圖1-41

稱為局部阻力的當(dāng)量長度,m式中:小管的各種管件閥門的值可查圖1-41稱為局部阻力的當(dāng)量長45（2）阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的一個倍數(shù)，則

式中

ζ——

局部阻力系數(shù)，無單位，其值由實驗測定。常見局部阻力的系數(shù)大小，由實驗測定可查表獲得。（2）阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的一個倍數(shù)，則

46（1）管路出口上動能和能量的損失只能取一項.當(dāng)截面選在出口內(nèi)側(cè)時取動能,選在出口外側(cè)時取能量損失(ξe=1）；注意:（2）不管突然擴大還是縮小，u均取細管中的流速；管出口彎管閥門管入口22u222u22-2面取在出口內(nèi)側(cè)時，hf中應(yīng)不包括出口阻力損失，但2-2面取在出口外側(cè)時，hf中應(yīng)包括出口阻力損失，其大小為，但2-2面的動能為零。（1）管路出口上動能和能量的損失只能取一項.當(dāng)截面選在出口內(nèi)47（三）總阻力

1.當(dāng)量長度法

當(dāng)用當(dāng)量長度法計算局部阻力時，其總阻力計算式為

式中

Σle——管路全部管件與閥門等的當(dāng)量長度之和，m。（三）總阻力1.當(dāng)量長度法482.阻力系數(shù)法當(dāng)用阻力系數(shù)法計算局部阻力時，其總阻力計算式為

式中

Σζ——管路全部的局部阻力系數(shù)之和。

2.阻力系數(shù)法49注意：當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時，管路的總能量損失應(yīng)分段計算，然后再求和?？傋枇Φ谋硎痉椒ǔ艘阅芰啃问奖硎就?，還可以用壓頭損失Hf（1N流體的流動阻力，m）及壓力降Δpf（1m3流體流動時的流動阻力，m）表示。它們之間的關(guān)系為hf=HfgΔpf=ρhf=ρHfg

注意：當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時，管路的總能量損失應(yīng)分50知識補充非圓形直管的流動阻力計算實驗表明，對于非圓形截面的通道，可以用一個與圓形管直徑d相當(dāng)?shù)摹爸睆健眮泶妫Q作當(dāng)量直徑，用de表示。當(dāng)量直徑等于4倍水力半徑