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1、第一章 流体流动,目录,第一节 流体静力学基本方程式第二节 流体流动的基本方程式第三节 流体在管内的流动第四节 流速和流量的测量,第三节 流体在管内的流动,一、流体流动类型与雷诺数1.流动类型 2.流型的判断3.流体在圆管内的速度分布,第三节 流体在管内的流动,1.流动类型,雷诺实验装置,第三节 流体在管内的流动,2.流型的判断雷诺数的大小可作为流型判断的依据。,管内流体密度，kg/m3 d管内径，m u管内流体平均流速，m/s 管内流体黏度，Pa.s,第三节 流体在管内的流动,（1）当Re2000时，层流。（2）当2000Re4000时，有时出现层流，有时出现湍流，依赖于环境，此为过渡区。（
2、3）当Re4000时，湍流。,第三节 流体在管内的流动,3.流体在圆管内的速度分布层流时的速度沿管径按抛物线规律分布，截面上各点速度的平均值u等于管中心处最大速度umax的0.5倍。湍流时圆管内速度分布曲线不再是严格的抛物线，曲线顶部区域比较平均，截面上各点速度的平均值u近似等于0.800.85umax。,第三节 流体在管内的流动,二、边界层当一流速均匀的流体与一固体界面接触时，由于壁面的阻滞，与壁面直接接触的流体其速度立即降为零。由于流体的黏性作用，近壁面的流体将相继受阻而降速，随着流体沿壁面向前流动，流速受影响的区域逐渐扩大。通常定义，流速降至主体流速的99%以内的区域为边界层。,第三节
3、流体在管内的流动,流体在进行湍流流动时，在湍流边界层内紧靠壁面处有一薄层流体作层流流动，称为层流内层。管内流速愈大，流体的湍流程度愈高，层流内层就愈薄；流体黏度愈大，流体的湍流程度降低，层流内层就愈厚。层流内层对流体所受的阻力，对传热、传质都有重大影响。,第三节 流体在管内的流动,三、流体在直管内的流动阻力直管造成的机械能损失称为直管阻力损失，是由于流体内摩擦而产生的。管件造成的机械能损失称为局部阻力损失，主要是流体流经管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的。,第三节 流体在管内的流动,1.管、管件及阀门2.流体在直管中的流动阻力。3.层流的摩擦阻力4.湍流的摩擦阻力5.流体在非
4、圆形直管内的流动阻力,第三节 流体在管内的流动,1.管、管件及阀门管路系统是由管、管件、阀门以及输送机械等组成。当流体流经管和管件、阀门时，为克服流动阻力而消耗能量。,第三节 流体在管内的流动,2.流体在直管中的流动阻力。,第三节 流体在管内的流动,3.层流的摩擦阻力,范宁公式,第三节 流体在管内的流动,4.湍流的摩擦阻力,范宁公式,第三节 流体在管内的流动,穆迪图,第三节 流体在管内的流动,5.流体在非圆形直管内的流动阻力对于非圆形管（如方形管、套管环隙等）内的湍流流动，用当量直径de来代替圆管直径，其阻力损失仍可按范宁公式和穆迪图进行计算。当量直径是流体流经管路截面积A的4倍除以湿润周边长
5、度（管壁与流体接触的周边长度） ，即,第三节 流体在管内的流动,四、局部阻力损失局部阻力损失是由于流道的急剧变化使流体边界层分离，所产生的大量旋涡消耗了机械能。和直管阻力的沿程均匀分布不同，局部阻力损失集中在管件所在处，因而称为局部阻力损失。局部阻力损失的计算有两种近似的方法：阻力系数法及当量长度法。,第三节 流体在管内的流动,（一）阻力系数法1. 管进口与出口的局部阻力损失2.管件与阀门的局部阻力损失 常用管件及阀门的局部阻力系数见表1-2。,局部阻力系数,进口=0.5，出口=1,第三节 流体在管内的流动,（二）当量长度法。 计算管件或阀门的局部阻力损失时，为使计算方便，近似认为局部阻力损失可以相当于某个长度的直管的损失，le为管件及阀件的当量长度，常用管件及阀件的le值可在图1-16中查得,第三节 流体在管内的流动,五、流体总能量损失的计算（一）简单管路 直径相同的管路或不同直径组成的串联管路。（二）复杂管路1.并联管路2.分支管路,第三节 流体在管内的流动,六、降低流动阻力的途径1. 在不影响管路合理布局的前提下，尽量缩短管路长度。2. 减少不必要的管件、阀门和突然扩大或突然缩小的安排。3.适量增加管径。4.适当增加流体的温度，减小黏度。,
