第一讲流体水特性6-15.ppt

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1、流体静力学 Hydrostatics,流体力学的一个分支，研究静止流体(液体或气体)的压力、密度、温度分布以及流体对器壁或物体的 作用力。,水静力学 Hydrostatics,流体力学的一个分支，研究水的压力、密度、温度分布以及流体对器壁或物体的 作用力。,水=就是流体 ；流体=就是水,（1）建立流体物理特性 （2）静力学基本方程的应用 （3）连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。,应重点了解/掌握的内容,（a）边界层的基本概念（边界层的形成和发展，边界层分离） （b）牛顿型流体和非牛顿型流体 两种流型（层流和湍流）的本质区别，处理两种流型的工程方法（

2、解析法和实验研究方法） （c）流量测量 （d）管路计算 (管路系统总能量损失方程),4,流体性质,流体为什么会流动：,我们需要了解和掌握水流体的特征，让流体在我们设计的花洒水出口，按照我们的意愿，让水随心所欲地流动+ 用理论指导设计 弱化TRY & ERROR 方式,位元体左右力的不平衡，压力差,5,流体的特征：,易流动，抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力的作用下其内部发生相对运动。,宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。,流体微团（或流体质点）,把流体视为由无数个

3、流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型,6,流体：液体（水）和气体统称为流体。 在研究流体流动时，通常将流体视为由无数分子集团所组成的连续介质，每个分子集团称为质点。 流体具有许多独特的特性。可广为利用！,“流体”-“液体”-“水”概念上通用！,流体的物理性质 物理性质主要包括流动性、压缩性、粘性、表面张力和毛细现象。 流动性 流体在微小剪切力作用下具有连续变形的性质，只要这种力继续作用，流体就会继续变形，直至外力停止时为止。固体则不同，当固体受到剪切力作用时，也产生相应的变形，但只要外力保持不变，固体的变形也就不再进一步变化。流体的易流动性决定了

4、它的形状随容纳它的容器而变化。 压缩性 流体受压后体积会缩小的性质。每增加单位压力时，单位体积流体所引起的体积减小，称为压缩系数，压缩系数，式中为密度；V为体积；为压力。压缩系数的倒数是体积模量。=0时的流体称为不可压缩流体，它是一种理想的简化模型。 水可近似地认为是不可压缩流体。,粘性 流体抵抗连续变形的性质。当相邻两层流体之间有相对滑移时，层间会产生剪应力(内摩擦力)，以抵抗这种相对滑移。粘性使流体粘附在它所接触的固体表面。粘性引起机械能的耗散。流体的剪应力与变形速率的比值称为动力粘度或粘度。粘度为零的流体称为无粘性流体，它也是一种理想的简化模型。液体的粘度随温度的升高而减小，气体的粘度随

5、温度的升高而增大。剪应力与变形速率成正比的流体称为牛顿流体，不符合此规律的流体称为非牛顿流体。气体和分子结构简单的液体都是牛顿流体。高分子溶液、原油、润滑脂和煤泥浆等都是非牛顿流体。 表面张力和毛细现象 表面张力是液体本身作用在液面上的使其表面积尽量缩小的力，它是由液面分子间的吸引力引起的。液体的表面张力随温度的升高而降低。毛细管插入液体时，毛细管内的液面会升高或降低，这种现象叫作毛细现象。它是由液体与固体壁面接触时，液体的内聚力和液体与固体壁面的附着力不同而引起的。液体浸润固体壁时，液面沿毛细管上升成凹面。若液体不浸润固壁，液面下降成凸形。,9,流体的特征之一是具有流动性。,（1）水充满整个

6、空间流量连续方程,花洒出水有在跳、脉动。 是因为水在流动管路中的不连续 ？,什么原因？流动分离？空腔？排除原因，解决问题！,10,11,水流自上而下像一张水帘一样垂到水池中，非常唯美,13,流体的特征是具有流动性。 流体在流动过程中具有一定的规律性，这些规律对花洒设计具有一定的指导作用：,（2）水和固体边界互不渗透,14,（3）水有表面张力,15,流体的特征是具有流动性。,（3）水有表面张力,小尺度下水滴，表面张力起主要作用,16,太空水滴呈现完美球形像有弹力皮肤,内部压强为0,表面张力,促使液体表面收缩的力叫做表面张力。即液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。 在水内部的一个水分子

7、受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。 因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。 将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功表面功。 显然这样的分散体系便储存着较多的表面能(surface energy)。,表面张力系数,定义:如液面被长度为L的直线分成两部分，这两部分之间的相互拉力F是垂直于直线L，并与表面相切。 比例系数就是液体的表面张力系数，它表示液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。

8、,18,表面张力系数的测量 可以使用环、片、张力表或毛细现象可以测量表面张力。 可以对悬着的液滴进行光学分析和测量来确定液体的表面张力系数。 一些测量方法： 1.毛细管上升法：简单，将毛细管插入液体中即可测量，虽然精确度可能不高。 2.挂环法：这是测量表面张力的经典方法，它甚至可以在很难浸湿的情况下被使用。用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜（类似肥皂泡），同时测量提高环的高度时所需要施加的力。 3.威廉米平板法：这是一种万能的测量方法，尤其适用于长时间测量表面张力。测量的量是一块垂直于液面的平板在浸湿过程中所受的力。 4.旋转滴法：用来确定界面张力，尤其适应于张力低的或非常低的范围内

9、。测量的值是一个处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径。 5.悬滴法：适用于界面张力和表面张力的测量。也可以在非常高的压力和温度下进行测量。测量液滴的几何形状。 6.最大气泡法：非常适用于测量表面张力随时间的变化。测量气泡最高的压力。 7.滴体积法：非常适用于动态地测量界面张力。测量的值是一定体积的液体分成的液滴数量。,20,21,（4）水的附壁性,22,（4）水的附壁性- -,Coanda Effect 康达效应,亦称boundary layer attachment 边界层吸附效应、附壁作用、射流效应 流体（水流或气流）有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向(万有引力？)

10、。 当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢。 只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。,亨利康达-罗马尼亚发明家,（4）水的附壁性-,coanda effect.jpg,别 隆 采 圆 盘,纳粹德国很早就开始了对UFO的研究，并从飞碟中受到启发并仿造。 早在1940年末，德国就成立了一个名为“爆破手研究室13”的秘密机构，其任务是专门研究秘密飞行器。 别隆采圆盘采用了奥地利发明家维克托舒柏格研制的“无烟无焰发动机”，这种发动机的工作原理是“爆炸”，运转时只需要水和空气。 在周围共装置了12台这种发动机。 它喷出的

11、气流给飞行器提供了巨大的反作用力，且用来冷却发动机。 由于发动机不断大量地吸入空气，因此在飞行器上空造成了真空区，从而为飞行器提供了巨大的升力。,1940年，德国工程师施里维尔制造出第一个飞碟式飞行器1号模型。 1945年2月19日，这架耗资数百万的飞行器终于进行了它第一次也是最后一次试飞。 令人震惊的是，在短短的3分钟之内，它升到了15000米的高空，平飞速度高达2200公里小时。同时它还可以悬停在空中。无需转弯就可以任意向前或向后飞行。,27,水的流动规律对花洒设计的指导作用具体表现在以下几个方面：,（1）水在花洒管路中的输送 管径的确定； （2）压强、流速和流量的测量 为花洒开口尺寸提供

12、依据； （3）为水流提供适宜的导管流动条件，花洒水出口形态与水在管内流动状况有一定的关系，（密切？）,28,流体静止的基本方程,1-1 流体的物理性质,密度,kg/m3,恒密度流体和变密度流体,气体,气体混合物,液体混合物,体积分率,a质量分率,以1m3混合物为基准,以1kg混合物为基准,比容：,比重：d,定义：单位体积流体所具有的质量，kg/m3。,29,1-2 流体的压强,定义：,特性：,垂直作用于器壁,在同一流体的相同水平面上各方向的压强相同,单位：,Pa； atm； 某流体柱高度； bar(巴) ； kgfcm2 等,基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.10

13、13MPa =1.033Kgf/cm2 =10.33mH2O =760mmHg 1bar=105 Pa,建筑装饰瓦工要用到水平线 找水平，就是在皮管里灌水（不要灌太满），直到皮管里没有水泡（如果有水泡则水平不准确），后取皮管两头一起按在墙壁上，看水位在何处，两头水位齐平说明水平准确，再拉一头固定在一处（固定端）另一头拉到另一处（移动端），由移动端上下移动，另一头（固定端）水位到达固定点（就是自己想要的地点）水位不再上下浮动时，则两水位水平。,30,31,计算基准,表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强,压力大小的两种表征方法,绝压/表压/真空度的关系,32,(2)对理想气体，其

14、密度与压强和温度有关。当实际状态与手册中标明的状态不一致时，需校正。,实际上理想气体的密度可按下式计算：,33,(3)对混合物的平均密度还需通过以下公式计算：,、 ：纯组份A、B的密度，kg/m3； xwA、xwB：A、B的质量分数； xVA、xVB：A、B的体积分数； yA、yB： A、B的摩尔分数。,34,1.1.2 流体的粘度,1.牛顿粘性定律 流体在管内流动时，其速度分布规律为：靠近管中心的速度较大，靠近管壁的速度较小（实验可验证）。,35,流体在圆管内流动时，在一定的条件下可视为被分割成无数层极薄的圆筒，一层套一层，每层称流体层，流体层上各质点的速度相等。 相邻两层中靠近管中心的速度

15、较大，靠近管壁的速度较小。前者对后者起带动作用，后者对前者起拖曳作用，相邻流体层之间的这种相互作用称内摩擦力。,36,带动作用是由流体静压力所产生的，而拖曳作用是由流体内在的一种抗拒向前运动的特性所产生的，这种特性称粘性。 粘性是内摩擦力产生的原因，内摩擦力是粘性的表现。流体在流动时的内摩擦力是流动阻力产生的依据。,37,流体在流动时的内摩擦力大小与哪些因素有关？,38,39,流体在平板间流动时，实验证明：,流体在管内流动时：,牛顿粘性定律,40,41,牛顿型流体：服从牛顿粘性定律的流体，包括全部气体与大部分液体。 非牛顿型流体：不服从牛顿粘性定律的流体，包括稠厚液体或悬浮液。,42,2.流体

16、的粘度,2）物理意义 促使流动产生单位速度梯度的剪应力。因此，粘度是流体运动时的特性。,1）定义,43,3）求取： 查手册，或实验测定。 混合物的粘度不能按组分叠加计算，只能用专门的经验公式估计。,44,4）影响因素： 温度：液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升高而增大。 压强：压强变化时，液体的粘度基本不变，气体的粘度随压强增加而增加得很少，只有在极高或极低的压强下，才考虑压强对气体粘度的影响。,45,5）粘度的单位：,P（泊）= g/(cms) 1 P = 100 cP（厘泊） 1 Pas = 10 P = 1000 cP,46,3.理想流体 黏度为零的流体。 严格讲：在流动过

17、程中，流动阻力为零的流体。,47,1.2.1 静止流体的压力,1.定义：,2.单位：,Pa（帕斯卡，SI制）, atm（标准大气压）, 某流体柱高度, kgf/cm2(工程大气压) , bar（巴）等,1.2 流体静力学基本方程式,48,其之间换算关系为：,1 atm = 760 mmHg = 1.0133105 Pa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 1.0133 bar,49,3.表示方法 绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，是流体的真实压强； 表压强：绝对压强比大气压强高出的数值； 真空度：绝对压强低于大气压强的数值。,50,换算关系： 表压强 = 绝对压强

18、 大气压强 真空度=大气压强 绝对压强,例1-2（P17）,51,1.2.2 流体静力学基本方程式,1.内容 描述静止流体内部压力（压强）变化规律的数学表达式。,52,2.使用条件： 静止的同一种连续的流体；流体密度恒定。,由流体静力学基本方程式可得到以下结论：,53,流体静止的基本方程,1-1 流体的性质,密度,kg/m3,恒密度流体和变密度流体,气体,气体混合物,液体混合物,体积分率,a质量分率,以1m3混合物为基准,以1kg混合物为基准,比容：,比重：d,54,1-2 流体的压强,定义：,特性：,垂直作用于器壁,在同一流体的相同水平面上各方向的压强相同,单位：,Pa； atm； 某流体柱

19、高度； bar(巴) ； kgfcm2 等,基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.1013MPa =1.033Kgf/cm2 =10.33mH2O =760mmHg 1bar=105 Pa,55,计算基准,表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强,压力大小的两种表征方法,绝压/表压/真空度的关系,56,若已知某地的大气压力为750 mmHg，而设备A内压力为1000 mmHg，则 PA表= mmHg = Pa。 若设备B的真空度为300 mmHg，则 PB（绝）= mmHg。,250,33330.59,450,33775,57,dz,1-2 流体静力平衡

20、,流体静压力特点：,同一水平面上各点的流体静压力相等,但：不同高低位置，p却不一样,？,力的平衡,58,1、 在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等等压面,2、 当液面上方的压强po有改变时，液体内部各点的压强p也发生同样大小的改变巴斯葛原理,3、 压强差的大小可以用一定的高度的液体柱表示。如mH2O, mmHg,流体静力学基本方程式的讨论,59,本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度1=800kgm3，水层高度h2=0.6m、密度=1000kgm3。 (1)判断下列两关系是否成立，即 pA=pA pB=pB (2)计算水在玻璃管内的高度,解：(

21、1)判断题给两关系式是否成立,由等压面的知识可知： pA=pA的关系成立 pB=pB的关系不能成立,(2)计算玻璃管内水的高度h,因 pA=pA pA=pa+1gh1+2gh2 pA=pa+2gh,于是 pa+1gh1+2gh2=pa+2gh,8000.7+10000.6=1000h,解得 h=1.16m,【补例1】,60,1-4 流体静力学基本方程式的应用,一、压强与压强差的测量,1、U管压差计,指示液：汞、四氯化碳、水、液体石蜡等,由静力学方程可得：,不互溶,61,U管压差计,62,1）当容器液面上方的压强一定时，静止液体内部任一点压强 p 的大小与液体本身的密度和该点距液面的深度 h 有

22、关。因此，在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。,63,2）当液面上方的压强 p0 改变时，液体内部各点的压强 p 也发生同样大小的改变。 3）式 p = p0 + gh 可该写为：(pp0)/g = h，说明压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但必须标明是何种液体液柱。,64,3.流体静力学基本方程式的推导（自学）,65,1.2.3 流体静力学基本方程式的应用,1.压强与压强差的测量 测量压强的仪表种类很多，其中以流体静力学基本方程式为依据的测压仪器称液柱压差计，它可测量流体的压强或压强差，其中较典型的有下述两种。,66,1)U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不

23、起化学反应，且其密度应大于被测流体。,67,A：指示液；B：待测液体。,68,69,70,3)微差压差计 压差计内装有两种密度相近且不互溶的指示液A和C，且指示液C与被测流体B亦不互溶。 为了读数方便，使U管的两侧臂顶端各装有扩大室，俗称“水库”。,71,A：指示剂 C：指示剂 B：扩大室,72,例1-4（P21）,73,2.液位的测量,74,3.液封高度的计算 化工生产中一些设备需要液封，液封高度的确定就是根据流体静力学基本方程式来计算的。,例1-8、例1-9（P24）,75,76,1.3 流体在管内的流动,1.3.1 流量与流速,1.流量 单位时间内流过管道任一截面的流体量。,77,质量流

24、量 ws ：流体单位时间内流过管道任一截面的流体质量。,体积流量 Vs ：流体单位时间内流过管道任一截面的流体体积。,78,2.流速 单位时间内流体在流动方向上所流过的距离。由于流体在管截面上的速度分布较为复杂，通常流体的流速指整个管截面上的平均流速，表达式为：,79,由于气体的体积流量随温度和压强的变化而变化，故气体的流速也随之而变，因此采用质量流速较为方便。,质量流速：单位时间内流体流过管道单位截面积的质量。,80,由流量和流速可确定管道的直径 d,流量一般由生产任务所决定。流速的选择视具体情况而定，一般选用经验数据，具体见表1-1（P26），计算得到的管径需进行标准化。,例1-10（P2

25、6）,81,1.3.2 定态流动与非定态流动,定态流动：在流动系统中，各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量不随时间而变化，这种流动称为定态流动或稳定流动。 非定态流动：在流动系统中，各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量随时间而变化，这种流动称为非定态流动或不稳定流动。,82,1进水管 2溢流管 3水箱 4排水管,83,1.3.3 连续性方程式,84,根据物料衡算推导出管道内定态流动的连续性方程式：,若流体视为不可压缩流体，=常数，则有：,85,当体积流量一定时，流速与管径的平方成反比，即：,86,1.3.4 柏努利方程式,1.流动系统的总能量衡算,进出系统的能量：（J/kg） 内能

26、 U 位能 gZ 动能 u2/2 静压能 pv 热能 Q 外功（净功）W,总机械能（总能量）,87,1换热器 2泵,88,根据能量守衡定律可得：,89,2.流动系统的机械能衡算式 与 柏努利（Bernouli）方程式,1）流动系统的机械能衡算式,90,91,2）柏努利（Bernouli）方程式 对不可压缩流体，其比容 和密度 为常数，故有：,92,讨论： 理想流体在管道内作定态时，无外功加入，其总机械能在各截面处相等；,93,有效功率 Ne = We ws 对可压缩流体 ，当( p1 - p2 ) / p1 20% 时，上式仍可用，p 取平均值； 当流体静止时，u = 0，则可得到流体静力学方

27、程式。,94,3.柏努利方程式的表达形式与衡算基准有关 1）以单位质量流体为衡算基准，单位：J/kg,95,2）以单位重量流体为衡算基准，单位：m,分别称位压头、动压头、静压头、压头损失,96,3）以单位体积流体为衡算基准，单位：Pa,97,4.应用柏努利方程式解题要点 （1）作图与确定衡算范围 （2）截面的选取：上、下游截面 （3）基准水平面的选取 （4）单位必须一致,98,p 可采用绝对压强或表压两种表示方法。,99,1.3.5 柏努利方程式的应用,1.确定管道中流体的流量 2.确定容器间的相对位置 3.确定输送设备的有效功率 4.确定管道中流体的压强 5.测定流体流经管道时的能量损失,1

28、00,1.4.1 流动类型与雷诺准数,前面所提到的流体内可视为分层流动的型态，仅在流速较小时才出现，流速增大或其他条件改变，会发生另一种与此完全不同的流动型态。这是1883年由雷诺（Reynolds）首先提出的，他曾由实验直接地考察流体流动时的内部情况以及有关因素的影响。,1.4 流体流动现象,101,1.雷诺实验与雷诺准数,1）实验装置,102,2）实验观察到的现象,滞流或称层流,湍流或称紊流,103,3）影响流动类型的因素 流速 u、管径 d、流体的粘度 、密度 能否用更少的参数代替流速、管径、流体的粘度、密度等参数来确定流动类型呢？,104,4）雷诺准数 雷诺通过分析研究发现：将影响流动

29、类型的诸因素组合成数群 du / ，其值的大小可以判断流动属于滞流还是湍流，这个数群称雷诺数，用符号来 Re 表示。单位：m0kg0s0。,105, u2：单位时间通过单位管截面的动量； u / d：流体的剪应力。,雷诺准数的物理意义： 反映了流体在流动过程中惯性力（动量）与黏性力（剪应力）的对比关系。,106,2.滞流与湍流 1）雷诺准数 的不同 实验发现：流体在圆形直管内流动时， Re 2000 滞流或层流 Re 4000 湍流或紊流 2000 Re 4000 过渡流,107,2）流体内部质点的运动方式 滞流：轴向运动 湍流: 轴向运动、径向运动 3）速度分布不同 4）流动阻力产生的依据不

30、同 滞流：内摩擦应力 湍流：内摩擦应力和湍流应力,108,1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布,1）层流,109,设流体在半径为R的水平直管内作滞流流动，于管轴心处取一半径为，长度为的流体柱为研究对象。,推动力摩擦阻力,110,111,112,工程中常以管截面的平均流速来计算流动阻力所引起的压强降。,113,114,2.湍流 由于湍流运动的复杂性，尚未能从理论上推倒出管内的速度分布式，只能用经验公式表达。,R：管的半径， r：点到管壁的距离。 n 的值在 6 至 10 之间，雷诺数愈大，n 的值也愈大，当 Re = 105 左右时，n = 7。,115,所以湍流时，流体的平均速度大约等于管

31、中心处最大速度的0.82倍。,平均流速 u：,116,1.4.3 边界层的概念,实际流体与固体壁面作相对运动时，流体内部都有剪应力作用。由于速度梯度集中在壁面附近，故剪应力也集中在壁面附近。远离壁面处的速度变化很小，作用于流体层间的剪应力也小到可以忽略，这部分流体便可以当作理想流体。,117,所以，分析实际流体与固体壁面的相对运动时，应以壁面附近的流体为主要对象。这就是本世纪初普兰德提出的边界层学术的出发点。,118,1.边界层的形成 实际流体沿壁面流动时，可在流体中划分出两个区域： 边界层区：在壁面附近存在较大的速度梯度，流动阻力主要集中在此区域； 主流区（外流区）：速度梯度视为零的区域，流

32、动阻力可以忽略不计。,119,120,121,2.边界层的分离 边界层分离：边界层脱离壁面的现象。 流体流动过程中产生边界层分离而引起机械能损耗，这种阻力称形体阻力。 流体沿壁面流动时的流动阻力称摩擦阻力。,122,123,1.5 流体在管内的流动阻力,流动阻力产生的原因和影响因素：流体具有粘性，使得流体在流动时存在内摩擦力；壁面的形状。所以，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。,124,由于直管阻力和局部阻力产生的原因不同，故需分开计算。,125,1.5.1 流体在直管中的流动阻力,1.圆形直管阻力,126,127,128,129,由于总摩擦应力包括粘性摩擦应

33、力和湍流应力，所以流型有影响，另外，管壁的粗糙度也有影响，下面分别加以讨论。,130,2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响,光滑管：玻璃管、黄铜管、塑料管等 粗糙管：钢管、铸铁管等,反映管道的粗糙程度的参数： 绝对粗糙度 相对粗糙度 e = / d,131,滞流：与e无关；湍流：与e有关。,132,3.滞流时的摩擦系数,133,4.湍流时的摩擦系数与量纲分析,1）量纲分析 量纲一致性原则：凡是根据基本物理规律导出的物理方程，其中各项的因次必然相同。,2） 定理：无因次数群1、2的数目i等于影响该现象的物理量数目n减去用以表示这些物理量的基本因次的数目m，即：i = n - m,134,称为欧拉（Eu

34、ler）准数，用Eu表示。,K，b，k，q值通过实验确定。,135,136,上式称经验关联式或半经验半理论式，计算起来都比较复杂，工程计算中，一般将经验数据进行整理，以 e 为参数，绘出 Re 与 的关系图，根据 e 和 Re 可查得的值。,137,138,由图可看出：摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的关系可分四个区域：,（1）滞流区 （2）过渡区 （3）湍流区 （4）完全湍流区（阻力平方区）,139,流动阻力 hf 与流速 u 的关系：,140,5.流体在非圆形直管内的流动阻力,水力半径 rH ：流通截面 A 与润湿周边之比。,141,1.5.2 流体在管路中的局部阻力,1.阻力系数法,142,

35、1）突然扩大与突然缩小（查图）,143,2）进口与出口 进口：i = 0.5 出口：o = 1.0 3）管件与阀门 查手册,144,145,2.当量长度法,146,1.5.3 管路系统中的总能量损失,147,1.6 管路计算,运用的方程式：连续性方程式、柏努利方程式、流动阻力方程式、物料衡算式 计算类型： （1）已知管路及流体的输送量，求流动阻力； （2）已知管路及流动阻力，求流体的输送量； （3）已知管路（管径未知）、流体的输送量及流动阻力，求管径。,148,按管路性质来分： （1）简单管路 （2）复杂管路（主要讲并联管路和分支管路） 1.简单管路 例1-20（P59）、例1-21（P61）

36、,149,2.并联管路与分支管路 1）并联管路,150,2）分支管路,例1-22（P63）、1-23（P64）、1-24（P65）,151,1.7 流量测量,差压流量计：测速管、孔板流量计、文丘里流量计 截面流量计：转子流量计,152,1.测速管（皮托管）,153,测速管优点：是对流体的阻力较小，适用于测量大直径管路中的气体流速。 测速管缺点：只能测出流体的点速，不能直接测出平均速度，另外当流体中含有固体杂质时，不宜采用。,154,2.孔板流量计,155,Co：流量系数或孔流系数； C1：流体流经孔板产生能量损失的校正系数； C2：测压方法的校正系数； A0：孔板小孔的截面积； A1：管道的截

37、面积。,156,157,优点：容易制造，调换方便。 缺点：流体流经孔板的能量损失较大，孔口边缘容易腐蚀和磨损，需定期进行校正。,158,3.文丘里（Venturi）流量计,159,优点：能量损失小。 缺点：制造要求高。,160,4.转子流量计,161,CR：转子流量计流量系数； AR：转子与玻璃管之间的环形截面积。,162,优点：读取流量方便，能量损失小，测量范围宽能用于腐蚀性流体的测量。 缺点：不能经受高温和高压，安装时必须垂直。,163,要求：,1.掌握流体静力学基本方程式及应用； 2.掌握连续性方程及应用； 3.掌握柏努利方程式及应用； 4.掌握流动阻力的计算； 5.掌握管路计算。,164,重点：,1.水的物理特性、流动特性 2.柏努利方程式及应用； 3.流动阻力的计算； 4.管路计算。,