【正文】 第 1章 流體流動 79 返回目錄 。 當(dāng)流量加大使壓力差大于轉(zhuǎn)子的凈重力時 ， 轉(zhuǎn)子就上升；當(dāng)流量減小使壓力差小于轉(zhuǎn)子的凈重力時 ， 轉(zhuǎn)子就下沉；當(dāng)壓力差與轉(zhuǎn)子的凈重力相等時 ， 轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài) ， 即停留在一定位置上 。被測流體從玻璃管底部進(jìn)入 ，從頂部流出 。 文丘里流量計(jì)測量流量的原理與孔板流量計(jì)相同 。因此可以利用測量壓強(qiáng)差的方法來測量流體的流量 。 因此 ， 當(dāng)流體以一定的流量流經(jīng)小孔時 ，就產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)差 。 流體截面最小處 （ 如圖中截面 2— 2’）稱為縮脈 ?？装宸Q為節(jié)流元件 。 測速管測得的是流體在測速管放置位置上的局部流速 ， 而不能測得平均流 速 。 它是用兩根彎成直角的同心圓套管組成 。 （ 1） （ 2） 第 1章 流體流動 70 試差法的步驟為： ① 設(shè)定一個 λ的初值 λo ② 根據(jù)式 （ 2） 求 u2 ③ 根據(jù)此 u2值求 Re ④ 用求出的 Re以及 ε/d值查摩擦系數(shù)圖 117得到新的 λ1 ⑤ 比較 λo與 λ1， 若二者接近或相符 ， u2即為所求 ， 并據(jù)此計(jì)算輸水量；否則以當(dāng)前的 λ1值代入式 （ 2） ， 按上述步驟重復(fù)計(jì)算直到二者接近或相符為止 。 例題 120附圖 第 1章 流體流動 69 其中 z1=15m z2=0 u1=0 u2 未知 p1=p2=pa 解：取塔內(nèi)水面為截面 1— 1’，管道出口截面為 2— 2’，以 2— 2’截面為基準(zhǔn)，列柏努利方程 而 ??????? fhpugzpugz ?? 22221211 222)190(2222 uudLhjf ???????? ?? ?? ???2 ?? ?u)()(Re , 2udf ??? ?? 將以上各值代入式（ 1）中，經(jīng)整理得 （ 3） （ 2） 式中含有兩個未知數(shù) λ和 u2。 水塔內(nèi)水面保持恒定 ， 并高于出水口15m。 在這種情況下 ， 工程計(jì)算中常采用試差法來求解 。 （ 3） 已知管長 、 管件或閥門的當(dāng)量長度 、 流體的流量及允許的能量損失 ， 求管徑 。 其通式為 （ 153） （ 154） 或 第 1章 流體流動 67 管路計(jì)算和流量的測量 管路計(jì)算 在實(shí)際工作中常遇到的簡單管路計(jì)算問題 ， 歸納起來有以下三種情況： （ 1） 已知管徑 、 管長 、 管件和閥門的設(shè)置及流體的輸送量 ，求流體通過管路系統(tǒng)的能量損失 。常見管件與閥門的局部阻力系數(shù)可以從表 14中查到 。 應(yīng)當(dāng)指出 ， 若出口截面處在管道出口的內(nèi)側(cè) ， 表示流體尚未離開管路 ， 截面上仍具有動能 ， 出口損失不應(yīng)計(jì)入系統(tǒng)的總能量損失內(nèi) ， 即 ξo=0；若截面處在管道出口的外側(cè) ， 表示流體已經(jīng)離開管路 ， 截面上的動能為零 ， 但出口損失應(yīng)當(dāng)計(jì)入系統(tǒng)的總能量損失內(nèi) ， 此時 ξo=1。 第 1章 流體流動 64 流體由管道流入設(shè)備或空間 ， 實(shí)質(zhì)上是截面積突然擴(kuò)大 ，一般設(shè)備或空間的截面積比管道截面積大得多 ， 故 A1/A2≈0，由圖 118查得 ξo=1， 這種損失稱為出口損失 ， 相應(yīng)的阻力系數(shù)稱為出口阻力系數(shù) 。 流體由設(shè)備流入管內(nèi) ， 實(shí)質(zhì)上是截面突然縮小 ， 一般設(shè)備截面積比管道截面積大得多 ， 故 A2/A1≈0， 由圖 118查得ξi=， 這種損失稱為進(jìn)口損失 ， 相應(yīng)的阻力系數(shù)稱為進(jìn)口阻力系數(shù) 。 第 1章 流體流動 63 ② 進(jìn)口與出口 進(jìn)口是指流體從設(shè)備進(jìn)入管道 。 局部阻力系數(shù)可以根據(jù)小管與大管的截面積之比從圖 118的曲線上查得 。 （ 2） 阻力系數(shù)法 將局部阻力看作是動能的函數(shù) ， 即與動能成正比 ，其計(jì)算式為 2239。 一般由實(shí)驗(yàn)測得 ， 可通過手冊及有關(guān)資料查到 。 其計(jì)算式為 239。 2． 局部阻力的計(jì)算 局部阻力常采用以下兩種方法進(jìn)行計(jì)算 。 管件或閥門的當(dāng)量長度數(shù)值都是由實(shí)驗(yàn)測定的 。 流體流過的兩個截面間的長度一定時 ， 受到的阻力 hf與動能 成正比 ， 所以此區(qū)又稱為阻力平方區(qū) 。 這時 ， 摩擦系數(shù) λ的值只隨相對粗糙度 而變 ， 與雷諾數(shù) Re的大小無關(guān) 。 當(dāng) 一定時 ， λ隨 Re的增大而減小 ， Re增大到某一數(shù)值后 λ的值下降緩慢 ， 當(dāng) Re一定時 ， λ隨 的增加而增大 。 即 ， 直管阻力的計(jì)算公為： ② 過渡區(qū) 2022Re4000 在這個區(qū)域內(nèi)流態(tài)是不穩(wěn)定的 ， 工程上一般將該區(qū)域內(nèi)的 λ按湍流處理 ,即將湍流時的曲線外延 ,查取 λ值 。 圖 116是摩擦系 數(shù) λ與 （ Re, ) 的關(guān)系曲線 。 )J / kg(2 2udlh f ??? ?)Pa(2 2udlhp ff ??? ?????第 1章 流體流動 56 摩擦系數(shù) λ的計(jì)算公式很多 ， 但都比較復(fù)雜 ， 用起來很不方便 。它是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)，且與管壁粗糙度有關(guān)。 流體阻力的計(jì)算 第 1章 流體流動 55 流體在圓形直管中做穩(wěn)定流動時，其阻力可用下式計(jì)算 （ 144） 或 （ 145） 式（ 144）和式（ 145）稱為范寧公式。 ∑hf’是指單位質(zhì)量流體流動時的流體阻力 ， 單位為 J/kg； Hf=∑hf/g是指單位重量流體流動時的流體阻力 ， 單位為J/N=m； Δpf=ρ∑hf是指單位體積流體流動時的流體阻力 ， 單位為J/m3=Pa。 流體在管道內(nèi)流動時的總阻力 ∑hf=hf+hf’。 直管阻力是流體流經(jīng)一定長度的直管時 ， 由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力 ， 又稱為沿程阻力 ， 以 hf表示 。 層流內(nèi)層的厚薄對流體運(yùn)動時的摩擦阻力損失以及傳熱 、 傳質(zhì)等都有很大的影響 。 管道截面上平均流速與最大流速的關(guān)系為： （ 143） 實(shí)驗(yàn)表明 ， 不論湍流程度如何 ， 由于流體的粘性和管壁的摩擦作用在緊貼管壁附近總有一層流體保持層流運(yùn)動狀態(tài) ，這一薄層流體稱為層流內(nèi)層 。 流體在圓管中的速度分布 maxu21u ?第 1章 流體流動 52 圖 114 圓管內(nèi)速度的分布 第 1章 流體流動 53 2． 湍流時的速度分布 湍流時流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況比較復(fù)雜 ， 目前尚不能完全由理論推出速度分布的規(guī)律 ， 實(shí)驗(yàn)測得的湍流速度分布曲線如圖 114(b)所示 。 1． 層流時的速度分布 理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明 ， 流體在層流狀態(tài)時的速度沿管徑按拋物線的規(guī)律分布 ， 如圖 114(a)所示 。 所謂當(dāng)量直徑其定義為： ① 按此定義邊長為 a、 b的矩形截面 ， 其當(dāng)量直徑為 （ 141） 當(dāng) b=a時 ， 得到正方形截面管道的當(dāng)量直徑為 de=a ② 對于圓環(huán)形管道 ， 其當(dāng)量直徑為 （ 142） 式中 D—— 外管的內(nèi)徑 ， m； d—— 內(nèi)管的外徑 ， m。 因此依據(jù)雷諾數(shù)的大小可以判斷流體流動的類型 。 ??? dudu ??Re第 1章 流體流動 49 無因次數(shù)群 Re稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或簡稱雷諾數(shù) ， 它的數(shù)值不論采用哪種單位制 ， 計(jì)算的結(jié)果都相同 。把這四個物理量組成一個無因次數(shù)群即 （ 140） 式中 d—— 管道的內(nèi)徑， m； ρ—— 流體的密度， kg/m3； u—— 流體的平均流速， m/s； μ—— 流體的動力黏度， Pa ③ 雷諾稱圖 113(c)所示這種流動狀態(tài)為湍流或紊流 。 第 1章 流體流動 47 雷諾在實(shí)驗(yàn)中觀察到下列現(xiàn)象： ① 雷諾稱圖 113(a)所示這種流動狀態(tài)為滯流或?qū)恿?。 21in1ii21iin1iimMyMy???????第 1章 流體流動 46 圖中采用溢流裝置維持水箱內(nèi)液面穩(wěn)定 ， 水箱3中的水通過水平玻璃管 4流出 ， 有色液體由小水箱1通過細(xì)管 2注入水平玻璃管 4入口的軸線上 。s； yi—— 純組分 i的體積分?jǐn)?shù)； μi—— 在混合氣體的溫度下 ， 純組分 i的黏度 ， Pa