第二章空氣流動(dòng)基本理論演示文稿

第二章空氣流動(dòng)基本理論演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)優(yōu)選第二章空氣流動(dòng)基本理論目前二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)3本章主要內(nèi)容框架：風(fēng)壓計(jì)算及測(cè)試通風(fēng)基礎(chǔ)理論干濕空氣密度計(jì)算連續(xù)方程及風(fēng)速測(cè)定能量方程及應(yīng)用通風(fēng)阻力及計(jì)算目前三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)4通風(fēng)基礎(chǔ)理論本部分主要討論以下問題：1、干、濕空氣密度的計(jì)算；2、風(fēng)壓(靜壓、動(dòng)壓和全壓)的計(jì)算及測(cè)定；3、通風(fēng)連續(xù)方程及其應(yīng)用；4、通風(fēng)風(fēng)流型式、風(fēng)流結(jié)構(gòu)及風(fēng)速分布與風(fēng)速測(cè)定；5、通風(fēng)能量方程及其應(yīng)用；6、（通風(fēng)阻力及其計(jì)算）。目前四頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)5第二章空氣流動(dòng)基礎(chǔ)理論§2.1通風(fēng)空氣參數(shù)§2.2風(fēng)流流動(dòng)特性§2.3空氣流動(dòng)過程的基本方程§2.4風(fēng)流參數(shù)的測(cè)定§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算目前五頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)6一、干、濕空氣密度的計(jì)算密度定義式：?jiǎn)挝惑w積空氣所具有的質(zhì)量。kg/m3

，用符號(hào)ρ表示：式中M—空氣的質(zhì)量，kg；

V—空氣的體積，m3。空氣密度隨空氣壓力、溫度及濕度而變化。實(shí)際空氣密度計(jì)算式由氣態(tài)方程求得。§2.1通風(fēng)空氣參數(shù)目前六頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)7一、干、濕空氣密度的計(jì)算氣態(tài)方程：式中：ρ—干空氣實(shí)際密度，kg/m3；

ρ0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)干空氣的密度，kg/m3；

P、P0—分別為實(shí)際狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣壓力，千帕（kpa）；

T、T0—分別為實(shí)際狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的熱力學(xué)溫度，K。目前七頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)8一、干、濕空氣密度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：T0=273K，P0=101.3kPa,干空氣密度ρ0=1.293kg/m3。干空氣密度計(jì)算式：！注意！式中P為空氣的絕對(duì)壓力，單位為kPa；T為空氣的熱力學(xué)溫度（K），T=273+t,t為空氣的攝氏溫度（℃）。目前八頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)9一、干、濕空氣密度的計(jì)算濕空氣：濕空氣壓力等于干空氣分壓與水蒸汽分壓之和。干空氣

P水蒸汽干空氣濕空氣

P干空氣

PdPs道爾頓分壓定律:P=Pd+Ps,Ps=ψPb目前九頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)10一、干、濕空氣密度的計(jì)算根據(jù)道爾頓分壓定律即可推導(dǎo)出濕空氣密度計(jì)算式：式中：ρw—濕空氣密度,kg/m3；

ψ—空氣相對(duì)濕度，%；

Pb—飽和水蒸汽壓力，kPa目前十頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)11二、空氣壓力—靜壓風(fēng)壓：通風(fēng)中空氣壓力也叫風(fēng)流壓力（簡(jiǎn)稱為風(fēng)壓），它是表示運(yùn)動(dòng)空氣所具有的能量,它包括靜壓、動(dòng)壓和全壓。靜壓：氣體分子對(duì)容器壁所施加的壓力?；拘再|(zhì)：靜壓總是垂直并指向作用面；靜壓各向同值。表示形式：絕對(duì)靜壓—以絕對(duì)零壓作為基準(zhǔn)的靜壓,用Pk表示；相對(duì)靜壓—以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)的靜壓,用Pr表示。目前十一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)12二、空氣壓力—靜壓絕對(duì)靜壓和相對(duì)靜壓的關(guān)系：關(guān)系式:Ｐr=Ｐk-Ｐ0

絕對(duì)真空當(dāng)?shù)卮髿鈮篜kPrP0目前十二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)13二、空氣壓力—靜壓不同標(biāo)高靜壓計(jì)算：流體力學(xué)歐拉方程:

dp=ρgdz

積分即得靜壓計(jì)算式：P=P0-ρgz

式中z—相對(duì)于基準(zhǔn)的高度,m；

p0—z=0基準(zhǔn)處的空氣靜壓,Pa(N/m2)；

p—高度為z處的空氣靜壓，Pa(N/m2)；

ρ—空氣密度，kg/m3

；

g—重力加速度，m/s2。目前十三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)14二、空氣壓力—靜壓

可壓縮空氣：近似按等溫過程處理，即多變指數(shù)n=1，由氣態(tài)方程（P=ρRT）和歐拉方程得：式中T——空氣的熱力學(xué)溫度，K；

R——空氣的氣體常數(shù)，R=287J/kg·K。簡(jiǎn)化計(jì)算式：展開成級(jí)數(shù)，略去高階小項(xiàng)。目前十四頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)15二、空氣壓力—?jiǎng)訅?，全壓?dòng)壓：動(dòng)壓—單位體積風(fēng)流運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能。它恒為正，具有方向性，它的方向就是風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的方向。單位體積空氣的質(zhì)量為ρ（kg/m3），風(fēng)流速度為υ(m/s)，由動(dòng)能公式即得風(fēng)流動(dòng)壓Hu(Pa)計(jì)算式：

Hu=ρυ2/2全壓：全壓Pt等于靜壓Ps與動(dòng)壓Hu之和，即

Pt=Ps+Hu

目前十五頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)16二、空氣壓力—?jiǎng)訅骸㈧o壓、全壓關(guān)系目前十六頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)17二、空氣壓力—?jiǎng)訅骸㈧o壓、全壓關(guān)系目前十七頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)18二、空氣壓力—單位空氣壓力的國(guó)際單位為帕（Pa）、牛頓/米2（N/m2）。1Pa=1N/m2。我國(guó)法定計(jì)量單位制規(guī)定，空氣壓力（壓強(qiáng)）的單位為帕。帕（Pa）單位比較小，還可用百帕（hPa）、千帕（kPa）表示1hPa=100Pa；1kPa=1000Pa。目前十八頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)19三、粘度粘度：表示空氣粘性大小的指標(biāo)，分為動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度。動(dòng)力粘度：一般用μ表示,其單位為N·S/m2(Pa·s),受氣溫影響,與壓力無關(guān)。運(yùn)動(dòng)粘度：一般用υ表示，其單位為m2/s，受溫度和壓力影響。μ與υ之間的關(guān)系：υ=μ/ρ，其中ρ為空氣的密度（kg/m3）。計(jì)算中,υ和μ可直接通過查表獲得。目前十九頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)20流態(tài)判據(jù)：雷諾數(shù)Re，當(dāng)Re>2300時(shí)為紊流，反之為層流。Re值計(jì)算式：Ｕm—流道流體平均速度，m/s;

ν—空氣運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s;D—流道直徑，m。非圓流道：用等效直徑De=4S/Px取代直徑D。其中S為流道的斷面積（m2），Px為流道斷面周長(zhǎng)（m）。一、風(fēng)流流態(tài)§2.2

風(fēng)流流動(dòng)特性目前二十頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)21二、風(fēng)流型式及風(fēng)速管道的體積風(fēng)量：

Q=∫suidsui—管道橫斷面上任一點(diǎn)的風(fēng)速，m/s;S—管道橫斷面積，m2;Q—管道橫斷面上通過的體積風(fēng)量，m3/s。目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)22二、風(fēng)流型式及風(fēng)速—射流分為自由射流和有限射流目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)23二、風(fēng)流型式及風(fēng)速—射流自由射流風(fēng)流結(jié)構(gòu)主要參數(shù):擴(kuò)張角θ和射流邊界層寬度R,它們的計(jì)算式為:

tg(θ/2)=3.4a

R=Xtg(θ/2)=3.4aXa—射流風(fēng)流結(jié)構(gòu)系數(shù),圓管a=0.06～0.08;X—離射流極點(diǎn)的距離。射流體風(fēng)速分布：un—射流體軸線的風(fēng)速，m/s;ur—射流體內(nèi)距軸線r距離處的風(fēng)速,m/s。目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)24二、風(fēng)流型式及風(fēng)速—匯流分自由匯流(如空間點(diǎn)匯)和有限匯流(如實(shí)際風(fēng)管、吸氣罩入口的匯流)?？臻g點(diǎn)匯風(fēng)速計(jì)算：Q——匯流體積風(fēng)量，m3/s；

r——距點(diǎn)匯的距離，m；ｕr——r點(diǎn)處的風(fēng)速，m/s。風(fēng)速與距離r的平方成反比,即距離增大,風(fēng)速急劇降低。r目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)25一、連續(xù)方程計(jì)算

流體力學(xué)連續(xù)方程:

一維流道：

∫sρuds=

常數(shù)穩(wěn)定一維流動(dòng)，流經(jīng)流道各斷面的空氣質(zhì)量相等。平均速度Um：

§2.3空氣流動(dòng)過程的基本方程目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)26一、連續(xù)方程計(jì)算一維流道風(fēng)流質(zhì)量連續(xù)方程：

Um1S1ρ1=Um2S2ρ2

式中：Um1、Um2——流道1、2斷面的平均風(fēng)速，m/s；

S1、S2——流道1、2斷面的斷面積，m2；ρ1、ρ2——流道1、2斷面的空氣密度，kg/m3。等密度：即ρ1=ρ2時(shí)：

Um1S1=Um2S2

目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)27一、連續(xù)方程計(jì)算多支管道連續(xù)方程：節(jié)點(diǎn)分析法原理：流入、流出節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量流量的代數(shù)和為零。

式中下標(biāo)i表示節(jié)點(diǎn)處的第i分支；n表示節(jié)點(diǎn)處總的分支數(shù)；“±”表示風(fēng)流的流動(dòng)方向。目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)28二、能量方程能量方程是風(fēng)流運(yùn)動(dòng)中能量守恒的數(shù)學(xué)表達(dá)式。流體運(yùn)動(dòng)所具有的能量包括內(nèi)能U和機(jī)械能E，而機(jī)械能包括流體的靜壓能P，動(dòng)壓能ρυ2/2和位勢(shì)能Zρg，即E=P+Zρg+ρυ2/2如圖所示的流體微束，流體從斷面1運(yùn)動(dòng)到斷面2的過程，由于與外界發(fā)生熱交換及對(duì)外界做功，其能量就要發(fā)生變化。目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)29二、能量方程目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)30二、能量方程根據(jù)熱力學(xué)第一定律有（U1+E1）-（U2+E2）=q+h式中：U1、U2——分別為斷面1、2流體的內(nèi)能；

E1、E2——分別為斷面l、2流體的機(jī)械能；

q——流體與外界交換的熱量；

h——流體對(duì)外界所做的功。對(duì)于絕熱過程q=0；對(duì)于等溫過程U1=U2。則不可壓縮流體絕熱、等溫的穩(wěn)定流動(dòng)過程的能量方程為：目前三十頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)31二、能量方程應(yīng)用有風(fēng)機(jī)能量方程：

水平管道，進(jìn)口與出口均為大氣壓時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H與風(fēng)流阻力h12之間的計(jì)算式：

H=ρυ2

2/2+h12

目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)32一、空氣壓力—測(cè)定絕對(duì)壓力：水銀氣壓計(jì)空盒氣壓計(jì)水銀氣壓計(jì)§2.4風(fēng)流參數(shù)的測(cè)定目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)33一、空氣壓力—測(cè)定水銀氣壓計(jì)空盒氣壓計(jì)目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)34一、空氣壓力—測(cè)定空盒氣壓計(jì)目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)35一、空氣壓力—測(cè)定相對(duì)壓力測(cè)定方法：U型壓力計(jì)傾斜壓力計(jì)補(bǔ)償微壓計(jì)壓力傳感器型直讀壓力計(jì)目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)36一、空氣壓力—測(cè)定U型壓力計(jì)目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)37一、空氣壓力—測(cè)定

原理P=ρg（h1+h2）

=ρg（1+F2/F1）h2=ρg（1+F2/F1）Lsinα=KρgLK—儀器校正系數(shù)；L—傾斜管的始末讀數(shù)差，mm；ρ—液體的密度，kg/m3目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)38一、空氣壓力—測(cè)定補(bǔ)償式微壓計(jì)目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)39二、風(fēng)速測(cè)定方法目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)40PIV目前四十頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)41二、風(fēng)速測(cè)定方法—機(jī)械風(fēng)表類型：杯式和翼式兩種。目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)42二、風(fēng)速測(cè)定方法—機(jī)械風(fēng)表輕便型磁感風(fēng)向風(fēng)速表數(shù)字風(fēng)速表

目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)43二、風(fēng)速測(cè)定—機(jī)械風(fēng)表杯式：用于>10m/s的高風(fēng)速測(cè)定；翼式：用于0.1～10m/s的中等風(fēng)速測(cè)定，高敏度翼式風(fēng)表可測(cè)定0.1～0.5m/s的低風(fēng)速。測(cè)定計(jì)算：風(fēng)表指示表速N（轉(zhuǎn)/s或m/s）

N=(Nt-N0)/t

實(shí)際風(fēng)速u換算：

u=aN+b

N0、Nt—風(fēng)表的初始和最終讀數(shù)，轉(zhuǎn)；

t——測(cè)定時(shí)間，s；

a、b——常數(shù)；

u——測(cè)定的實(shí)際風(fēng)速，m/s。目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)44二、風(fēng)速測(cè)定—機(jī)械風(fēng)表目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)45二、風(fēng)速測(cè)定—熱球風(fēng)速儀熱球風(fēng)速儀目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)46二、風(fēng)速測(cè)定—熱球風(fēng)速儀熱式風(fēng)速計(jì)目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)47二、風(fēng)速測(cè)定—?jiǎng)訅悍y(cè)出風(fēng)流動(dòng)壓Hu，后按下式計(jì)算出風(fēng)速：Hu為斷面風(fēng)流平均動(dòng)壓(Pa)，ρ為空氣密度(kg/m3)平均動(dòng)壓Hu確定：圓管等環(huán)面積法：測(cè)點(diǎn)圓環(huán)半徑計(jì)算目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)48二、風(fēng)速測(cè)定—?jiǎng)訅悍≧i——第I個(gè)測(cè)點(diǎn)圓環(huán)半徑，m；R——管道半徑，m；i——從管道中心算起圓環(huán)序號(hào)；n——測(cè)點(diǎn)圓環(huán)數(shù)。一般直徑為300～600mm時(shí)，n取3，直徑為700～1000mm時(shí)，n取4。管道斷面平均動(dòng)壓Hu（Pa）計(jì)算式：目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)49二、風(fēng)速測(cè)定—?jiǎng)訅悍壳八氖彭?yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)50§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力當(dāng)空氣沿風(fēng)道運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)流的粘性和慣性以及風(fēng)道壁面等對(duì)風(fēng)流的阻滯、擾動(dòng)作用而形成通風(fēng)阻力，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。風(fēng)道通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。一、摩擦阻力計(jì)算式（1）風(fēng)流在風(fēng)道中作沿程流動(dòng)時(shí)，由于流體層間的摩擦和流體與風(fēng)道壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學(xué)可知，無論層流還是湍流，以風(fēng)流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計(jì)算：Pa

λ－無因次系數(shù)，即摩擦阻力系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)求得。

d—圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；目前五十頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)51uP1dFFP211‘22‘l由哈根方程：則能量損失：式中：—沿程阻力系數(shù)，=64/Re磨擦阻力計(jì)算式§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)52（２）當(dāng)量直徑對(duì)于非圓形斷面的風(fēng)道，管道直徑d應(yīng)以風(fēng)道斷面的當(dāng)量直徑de來表示：因此，非圓形斷面風(fēng)道的雷諾數(shù)可用下式表示：

對(duì)于不同形狀的風(fēng)道斷面，其周長(zhǎng)U與斷面積S的關(guān)系，可用下式表示：式中：C—斷面形狀系數(shù)：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)53（3）磨擦阻力系數(shù)-尼古拉茲實(shí)驗(yàn)實(shí)際流體在流動(dòng)過程中，沿程能量損失一方面（內(nèi)因）取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)Re來衡量；另一方面（外因）是固體壁面對(duì)流體流動(dòng)的阻礙作用，故沿程能量損失又與管道長(zhǎng)度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。其中壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。

絕對(duì)粗糙度K：管壁粗糙部分的平均高度。相對(duì)粗糙度K/D：duε§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)54材料與加工精度；光滑管：玻璃管，銅管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。使用時(shí)間；絕對(duì)粗糙度可查表或相關(guān)手冊(cè)。粗糙度的產(chǎn)生§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)551932～1933年間，尼古拉茲把經(jīng)過篩分、粒徑為K的砂粒均勻粘貼于管壁。砂粒的直徑K就是管壁凸起的高度，稱為絕對(duì)粗糙度；絕對(duì)粗糙度K與管徑D的比值K/D稱為相對(duì)粗糙度。以水作為流動(dòng)介質(zhì)、對(duì)相對(duì)粗糙度不同的六種管道進(jìn)行試驗(yàn)研究。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，畫出λ與Re的關(guān)系曲線，如圖所示。結(jié)論分析：

Ⅰ區(qū)——層流區(qū)。當(dāng)Re＜2320時(shí)，不論管道粗糙度如何，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果都集中分布于直線Ⅰ上。這表明λ與相對(duì)粗糙度K/D無關(guān)，只與Re有關(guān)，且λ=64/Re?！?.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)56摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)、相對(duì)粗糙度的關(guān)系目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)57Ⅱ區(qū)——過渡流區(qū)。2320≤Re≤4000，在此區(qū)間內(nèi)，不同相對(duì)粗糙度的管內(nèi)流體的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌Ｋ械膶?shí)驗(yàn)點(diǎn)幾乎都集中在線段Ⅱ上。λ隨Re增大而增大，與相對(duì)粗糙度無明顯關(guān)系。Ⅲ區(qū)——水力光滑管區(qū)。在此區(qū)段內(nèi)，管內(nèi)流動(dòng)雖然都已處于湍流狀態(tài)(Re＞4000)，但在一定的雷諾數(shù)下，當(dāng)層流邊層的厚度δ大于管道的絕對(duì)粗糙度K（稱為水力光滑管）時(shí)，其實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均集中在直線Ⅲ上，表明λ與K仍然無關(guān)，而只與Re有關(guān)。隨著Re的增大，相對(duì)粗糙度大的管道，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在較低Re時(shí)就偏離直線Ⅲ，而相對(duì)粗糙度小的管道要在Re較大時(shí)才偏離直線Ⅲ。δε§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)58Ⅴ區(qū)——水力粗糙管區(qū)。在該區(qū)段，Re值較大，管內(nèi)液流的層流邊層已變得極薄，有K>>δ，砂粒凸起高度幾乎全暴露在湍流核心中，故Re對(duì)λ值的影響極小，略去不計(jì)，相對(duì)糙度成為λ的唯一影響因素。故在該區(qū)段，λ與Re無關(guān)，而只與相對(duì)糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區(qū)，尼古拉茲公式：Ⅳ區(qū)——湍流過渡區(qū)，即圖中Ⅳ所示區(qū)段。在這個(gè)區(qū)段內(nèi)，各種不同相對(duì)粗糙度的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關(guān)，也與K/D有關(guān)?！?.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)59(4)湍流摩擦阻力

對(duì)于湍流運(yùn)動(dòng)，λ=f(Re，K/D)，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到湍流狀態(tài)下風(fēng)道的摩擦阻力計(jì)算式：§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)60二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻1．摩擦阻力系數(shù)α如果風(fēng)道風(fēng)流的Re值已進(jìn)入阻力平方區(qū)，λ值只與相對(duì)粗糙度有關(guān)，對(duì)于已定型的風(fēng)道，相對(duì)粗糙度一定，則λ可視為定值；在20℃狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。對(duì)上式，令：

α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3或N.s2/m4。則得到湍流狀態(tài)下風(fēng)道的摩擦阻力計(jì)算式寫為：

標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)所得的、在20℃狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值α0值，當(dāng)風(fēng)道中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時(shí)，其α值應(yīng)按上式修正。目前六十頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)612．摩擦風(fēng)阻Rf

對(duì)于已給定的風(fēng)道，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的α、L、U、S歸結(jié)為一個(gè)參數(shù)Rf：：

Rf稱為風(fēng)道的摩擦風(fēng)阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。

工程單位：kgf.s2/m8

Rf＝f(ρ,ε,S,U,L)

。在正常條件下當(dāng)某一段風(fēng)道中的空氣密度ρ一般變化不大時(shí)，可將Rf看作是反映風(fēng)道幾何特征的參數(shù)。則得到湍流狀態(tài)下風(fēng)道的摩擦阻力計(jì)算式寫為：此式就是完全湍流(進(jìn)入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。

§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)62三、減小通風(fēng)摩擦阻力措施（1）選用斷面周長(zhǎng)較小的風(fēng)道。在風(fēng)道斷面相同的條件下，圓形斷面的周長(zhǎng)最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長(zhǎng)較大。（2）減小相對(duì)粗糙度，即減小了磨擦阻力系數(shù)。要求盡可能使風(fēng)道壁面平整光滑。（3）保證有足夠大的風(fēng)道斷面，可減小通風(fēng)阻力和能耗，應(yīng)盡量采用經(jīng)濟(jì)斷面。（4）避免風(fēng)道風(fēng)量過于集中，磨擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。（5）減小風(fēng)道長(zhǎng)度?！?.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-摩擦阻力目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)63由于風(fēng)道斷面、方向變化以及分叉或匯合等原因，使均勻流動(dòng)在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場(chǎng)分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。由于局部阻力所產(chǎn)生風(fēng)流速度場(chǎng)分布的變化比較復(fù)雜，對(duì)局部阻力的計(jì)算一般采用經(jīng)驗(yàn)公式。一、局部阻力及其計(jì)算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動(dòng)壓的倍數(shù)來表示：

式中：ξ——局部阻力系數(shù)，無因次。

計(jì)算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,當(dāng)ξ確定后，便可用

§2.5通風(fēng)阻力及計(jì)算-局部阻力目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十二頁(yè)\編于十七點(diǎn)64幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變湍流通過突變部分時(shí)，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦流區(qū)，從而增加能量損失。２、漸變主要是由于沿流動(dòng)方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦流。因?yàn)閂hvp

，壓差的作用方向與流