沿程阻力和水頭損失(編輯修改稿)
2025-03-20 14:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 正比，即 L＝ ky，k稱為卡門常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)測定。 y uxyL三、紊流流速分布 紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面上流速分布的均勻化。因此紊流在管道內(nèi)的流速分布圖比層流要扁平一些。 目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式：流速分布的指數(shù)公式流速分布的對數(shù)公式當(dāng) Re105時(shí) ，當(dāng) Re105時(shí)，流速分布的七分之一次方定律。據(jù)具體情況而定。粘性底層紊流中緊靠固體邊界附近地方，脈動(dòng)流速很小，由脈動(dòng)流速產(chǎn)生的附加切應(yīng)力也很小，而流速梯度卻很大，所以粘滯切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其流態(tài)基本屬層流。因此紊流中緊靠固體邊界表面有一層極薄的層流層存在，該層流層叫粘性底層。在粘性底層以外的液流才是紊流。粘性底層雖然很薄，但對紊流的流動(dòng)有很大的影響。所以，粘性底層對紊流沿程阻力規(guī)律的研究有重大意義。粘性底層厚度 δ 0隨雷諾數(shù)、流速的增加而減小。當(dāng) Re較小時(shí)， 水力光滑壁面當(dāng) Re較大時(shí)，△ δ0△ δ0 水力粗糙壁面△ δ0 過渡粗糙壁面紊流 形成過程的分析返回選定流層流速分布曲線ττ干擾FFFFFFFFFFFFFFFF 升力渦 體紊流 形成條件渦體的 產(chǎn)生雷諾數(shù) 達(dá)到一定的數(shù)值167。34 沿程水頭損失 圓管中層流運(yùn)動(dòng)的沿程水頭損失式 流動(dòng)狀態(tài)必然會(huì)影響到沿程阻力的性質(zhì)和大小，在紊流運(yùn)動(dòng)中人們?nèi)粤?xí)慣于采用達(dá)西公式來表示沿程阻力。 紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 尼古拉茲為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，用不同粒徑的人工砂粘貼在不同直徑的管道的內(nèi)壁上，用不同的流速進(jìn)行一系列試驗(yàn)。Lg（100λ）lgRe層流區(qū)紊流光滑區(qū)紊流過渡粗糙區(qū)abcd fe層流區(qū)： lgRe＜ （即 Re＜ 2300）的流區(qū)。不同的相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)都落在斜直線 ab上，這說明層流時(shí) λ 只與 Re有關(guān)，與 K/d無關(guān)，即 λ ＝ f(Re)，Lg（100λ）lgReabcd fe層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)：此區(qū)范圍為 ＜ lgRe＜ ，即2300＜ Re＜ 4000，在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)基本集中在 bc曲線上，說明此區(qū)的 λ 只與 Re有關(guān)，與 K/d無關(guān)，即 λ ＝f(Re)。Lg（100λ）lgReabcd fe 紊流區(qū)當(dāng) lgRe＞ ，屬于紊流區(qū)。根據(jù) λ 與 Re及 K/d的關(guān)系，紊流區(qū)又分為光滑區(qū)，過渡粗糙區(qū)和粗糙區(qū)三個(gè)流區(qū)。Lg（100λ）lgReabcd fe（ 1）水力光滑區(qū) (紊流光滑區(qū) )：為圖中的斜直線 cd。在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)均落在 cd線上，說明此區(qū)的 λ 只與 Re有關(guān)，與 K/d無關(guān)，即 λ ＝ f(Re)。由圖可見，對于 K/d值不同的管道，其光滑區(qū)的范圍也不同， K/d值越小，光滑區(qū)范圍越大。此時(shí) λ 按下式計(jì)算：K δ0Lg（100λ）lgReabcd fe（ 2）、水力光滑區(qū)與水力粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)（紊流過渡區(qū)）：此區(qū)為圖中 cd線與 ef之間的流區(qū)，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)分別落在不同的曲線上，說明此區(qū)的 λ 與 Re及 K/d都有關(guān)，即 λ ＝ f(Re， K/d)。此時(shí) λ 按下式計(jì)算：在紊流過渡區(qū)，隨著 Re的增加，層流底層的厚度變薄，管壁粗糙度逐漸對流動(dòng)有影響。 K δ0Lg（100λ）lgReabcd fe（ 3）水力粗糙區(qū)（紊流粗糙區(qū)）：此區(qū)是線 ef以右的流區(qū)。在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)分別在不同的水平直線上，這說明 λ 只與 K/d有關(guān)，與 Re無關(guān)，即 λ ＝ f(K/d)。 K/d值越大的管道，水平直線的起點(diǎn)的 Re值越小，即進(jìn)入紊流粗糙區(qū)越早。此時(shí)λ 按下式計(jì)算：在紊流粗糙區(qū)，隨著雷諾數(shù)的繼續(xù)增大，以致層流底層變得很薄，這時(shí)大部分粗糙凸出高同紊流核心直接接觸，在壁面粗糙部分背面形成漩渦。這時(shí)雷諾數(shù)的繼續(xù)增大已對流動(dòng)不再?zèng)Q定性的作用了，這個(gè)區(qū)稱為阻力
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