流體力學課件-ch5-p2

1、5.3 5.3 圓管湍流運動圓管湍流運動 當管中的流動雷諾數(shù)大于當管中的流動雷諾數(shù)大于2300時，流態(tài)呈湍流，時，流態(tài)呈湍流，在自然界和工程中絕大多數(shù)流動都是湍流，如流體的在自然界和工程中絕大多數(shù)流動都是湍流，如流體的管道輸送、燃燒過程、摻混過程、傳熱和冷卻等。管道輸送、燃燒過程、摻混過程、傳熱和冷卻等。 5.3.1 5.3.1 湍流的特性湍流的特性 在湍流中隨機運動和擬序運動并存。由于這些原在湍流中隨機運動和擬序運動并存。由于這些原因使湍流呈現(xiàn)出以下幾個特性：因使湍流呈現(xiàn)出以下幾個特性： （1）湍流除了流體質(zhì)點在時間和空間上作隨機運動湍流除了流體質(zhì)點在時間和空間上作隨機運動的流動外，還有流體

2、質(zhì)點間的摻混性和流場的旋渦性。的流動外，還有流體質(zhì)點間的摻混性和流場的旋渦性。因而產(chǎn)生的慣性阻力遠遠大于粘性阻力。所以湍流時因而產(chǎn)生的慣性阻力遠遠大于粘性阻力。所以湍流時的阻力要比層流時的阻力大得多。的阻力要比層流時的阻力大得多。 （2）湍流運動的復雜性給數(shù)學表達造成困難，對流湍流運動的復雜性給數(shù)學表達造成困難，對流體質(zhì)點往往在對有限時間段取平均，稱為時均法來表體質(zhì)點往往在對有限時間段取平均，稱為時均法來表示。示。 5.3.2 5.3.2 湍流運動的時均法湍流運動的時均法 圖圖5.6是某湍流流動在一個空間點上測得的沿流是某湍流流動在一個空間點上測得的沿流動方向動方向 的瞬時速度分量的瞬時速度分

3、量 隨時間隨時間t變化曲線。設(shè)在變化曲線。設(shè)在某一時段某一時段T內(nèi)內(nèi) 的平均值的平均值 xuu01dTuu tTt t T B Auuu圖 .6 8湍流瞬時流速Ouuuu式中，式中， 是時刻是時刻t時的瞬時速度；時的瞬時速度； 是是t時刻的脈動時刻的脈動速度，但脈動速度的時均量為零，即速度，但脈動速度的時均量為零，即 uu01d0TuutT在橫向在橫向y,z也存在橫向脈動，且也存在橫向脈動，且 0vw依上法，湍流中有瞬時壓強依上法，湍流中有瞬時壓強 、時均壓強、時均壓強 、脈動、脈動壓強壓強 ，且，且 pppppp01dTpp tT01d0Tpp tT 湍流中各物理量的時均值，如湍流中各物理量

4、的時均值，如 不隨不隨時間而變，僅是空間點的函數(shù)，即時間而變，僅是空間點的函數(shù)，即 , ,u v w p ( , , )( , , )uu x y zpp x y z則被稱為恒定的湍流運動，但湍流的瞬時運動總是非則被稱為恒定的湍流運動，但湍流的瞬時運動總是非恒定的。恒定的。 5.3.3 5.3.3 湍流的切應力湍流的切應力 1.1.湍流切應力湍流切應力 平面恒定均勻湍流，相應的湍流切應力平面恒定均勻湍流，相應的湍流切應力 由兩部由兩部分組成，如圖，由時均流層相對運動產(chǎn)生黏性切應力分組成，如圖，由時均流層相對運動產(chǎn)生黏性切應力 1dduy 由湍流脈動，上由湍流脈動，上下層質(zhì)點相互摻混、下層質(zhì)點相

5、互摻混、動量交換引起附加切動量交換引起附加切應力，又稱慣性切應應力，又稱慣性切應力力 ，用下式表示：，用下式表示： 2x y y )( yfuvvu圖 .7 8湍流切應力2u v 故湍流切應力故湍流切應力 12dduu vy 在雷諾數(shù)較小時、湍流脈動較弱時，在雷諾數(shù)較小時、湍流脈動較弱時， 占主導占主導地位；當雷諾數(shù)很大、脈動湍流充分發(fā)展，此時地位；當雷諾數(shù)很大、脈動湍流充分發(fā)展，此時 ，即產(chǎn)生的慣性阻力，即產(chǎn)生的慣性阻力遠大于遠大于粘性阻力。粘性阻力。 1122.2.普朗特（普朗特（Prandtl）混合長度理論）混合長度理論 德國力學家普朗特提出的混合長度理論。要點德國力學家普朗特提出的混合

6、長度理論。要點如下：如下： （1）流體質(zhì)點橫向摻混過程中，存在與氣體分子自）流體質(zhì)點橫向摻混過程中，存在與氣體分子自由行程相當?shù)男谐逃尚谐滔喈數(shù)男谐蘬（圖（圖8.8）而不與其它質(zhì)點相碰撞，）而不與其它質(zhì)點相碰撞，l稱為混合長度。發(fā)生質(zhì)點摻混的兩流層的時均速度差稱為混合長度。發(fā)生質(zhì)點摻混的兩流層的時均速度差 dd()( )( )( )dduuuu ylu yu ylu ylyy （2）脈動速度）脈動速度 與兩流層時均速度差與兩流層時均速度差 有關(guān)：有關(guān)： uux y y l v)(lyu)( yuO圖 .8 8混合長度 udduly考慮到脈動速度考慮到脈動速度 和和 有關(guān)，即有關(guān)，即 vu vu

7、dduly將上式代入（將上式代入（8.158.15）中）中 項并簡化，得項并簡化，得 2222dduu vly （3）混合長度）混合長度l不受粘性影響，只與質(zhì)點到壁面的距不受粘性影響，只與質(zhì)點到壁面的距離有關(guān)離有關(guān) lky式中式中 由實驗測定的常數(shù)，或稱為卡門通用常量由實驗測定的常數(shù)，或稱為卡門通用常量。 k略去表示時均量的橫標線，得略去表示時均量的橫標線，得 2220dduk yy01ddyuky01lnuyCk上式稱為普朗特上式稱為普朗特卡門（卡門（Karman）對數(shù)分布律。）對數(shù)分布律。 引入 0*u稱稱 為壁面摩擦速度，對于充分發(fā)展的恒定流，為壁面摩擦速度，對于充分發(fā)展的恒定流， 是是

8、個常數(shù)。它并不是流體的運動速度，而僅是與速度個常數(shù)。它并不是流體的運動速度，而僅是與速度的量綱相同而已，故稱為壁面摩擦速度。的量綱相同而已，故稱為壁面摩擦速度。 uu5-3 圓管中的湍流圓管中的湍流三、管中湍流的切應力分布和速度分布三、管中湍流的切應力分布和速度分布1. 粘性底層、水力光滑管與水力粗糙管粘性底層、水力光滑管與水力粗糙管 粘性底層粘性底層（層流邊界層）（層流邊界層）管中湍流時，靠近管壁以管中湍流時，靠近管壁以很大的速度梯度作層流運動的流體薄層。很大的速度梯度作層流運動的流體薄層。 管中為層流時，全管中都是層流狀態(tài)，因而它的分管中為層流時，全管中都是層流狀態(tài)，因而它的分布規(guī)律適用于

9、整個過流斷面。管中出現(xiàn)湍流時，并非全布規(guī)律適用于整個過流斷面。管中出現(xiàn)湍流時，并非全管中都是同樣的湍流狀態(tài)，仔細觀察，在靠近管壁處還管中都是同樣的湍流狀態(tài)，仔細觀察，在靠近管壁處還有些值得注意的現(xiàn)象。有些值得注意的現(xiàn)象。32.8Red粘性底層的厚度粘性底層的厚度 并不是固定的，它與流體的運動粘度并不是固定的，它與流體的運動粘度 成正比，與流體運成正比，與流體運動速度動速度 成反比，而且與反映壁面凸凹不平及摩擦應力大小的沿程阻力系成反比，而且與反映壁面凸凹不平及摩擦應力大小的沿程阻力系數(shù)數(shù) 有關(guān)。通過理論與實驗計算，可得到一個近似公式有關(guān)。通過理論與實驗計算，可得到一個近似公式 由于管壁的摩擦以

10、及分子附著力的作用，管壁上有流體粘附，此處流體由于管壁的摩擦以及分子附著力的作用，管壁上有流體粘附，此處流體運動速度為零。這當然包括時均速度和脈動速度都同時為零。這種粘性作用運動速度為零。這當然包括時均速度和脈動速度都同時為零。這種粘性作用必然影響壁面附近的流動，使湍流的脈動與質(zhì)點的混雜在靠近管壁處受到抑必然影響壁面附近的流動，使湍流的脈動與質(zhì)點的混雜在靠近管壁處受到抑制。由于管壁凸凹不平，有時這里也能產(chǎn)生一些渦旋和脈動因素，但這種現(xiàn)制。由于管壁凸凹不平，有時這里也能產(chǎn)生一些渦旋和脈動因素，但這種現(xiàn)象往往并不持久。這里有時是渦旋湍動的發(fā)源地，但由于粘性影響較大，湍象往往并不持久。這里有時是渦旋

11、湍動的發(fā)源地，但由于粘性影響較大，湍流現(xiàn)象受到限制。此處所產(chǎn)生的渦旋在離開管壁適當距離處才可能發(fā)展，而流現(xiàn)象受到限制。此處所產(chǎn)生的渦旋在離開管壁適當距離處才可能發(fā)展，而在靠近管壁的一定范圍內(nèi)大都是以層流為主。這種靠近壁面處的層流層也稱在靠近管壁的一定范圍內(nèi)大都是以層流為主。這種靠近壁面處的層流層也稱為粘性底層。為粘性底層。 按此粘性底層厚度的近似公式估算，通常條件下的按此粘性底層厚度的近似公式估算，通常條件下的 值并不大，多數(shù)值并不大，多數(shù)不足不足 ，它的數(shù)量級不會再大。粘性影響在遠離管壁的地方逐漸減弱，它的數(shù)量級不會再大。粘性影響在遠離管壁的地方逐漸減弱，管中大部分區(qū)域是湍流的活動區(qū)，這里稱

12、為湍流核心，在粘性底層與湍流管中大部分區(qū)域是湍流的活動區(qū)，這里稱為湍流核心，在粘性底層與湍流核心之間有一個界限不很分明的過渡層，有時也可將它算在湍流核心的范核心之間有一個界限不很分明的過渡層，有時也可將它算在湍流核心的范圍內(nèi)，管中湍流實質(zhì)上包括如圖圍內(nèi)，管中湍流實質(zhì)上包括如圖513所示的三層結(jié)構(gòu)。所示的三層結(jié)構(gòu)。1mm 盡管粘性底層的厚度較小，但是它在湍流中的作用卻是不可忽視的。盡管粘性底層的厚度較小，但是它在湍流中的作用卻是不可忽視的。由于管子的材料、加工方法、使用條件以及使用年限等因素影響，使得管由于管子的材料、加工方法、使用條件以及使用年限等因素影響，使得管壁會出現(xiàn)各種不同程度的凹凸不平

13、，它們的平均尺寸壁會出現(xiàn)各種不同程度的凹凸不平，它們的平均尺寸 稱為絕對粗糙度，稱為絕對粗糙度，如圖如圖514所示。所示。5-3 圓管中的湍流圓管中的湍流三、管中湍流的切應力分布和速度分布三、管中湍流的切應力分布和速度分布由于管子的材料、加工方法、使用條件以及使用年限由于管子的材料、加工方法、使用條件以及使用年限等因素影響，使得管壁會出現(xiàn)各種不同程度的凹凸等因素影響，使得管壁會出現(xiàn)各種不同程度的凹凸不平，它們的平均尺寸不平，它們的平均尺寸 稱為絕對粗糙度稱為絕對粗糙度。5-3 圓管中的湍流圓管中的湍流三、管中湍流的切應力分布和速度分布三、管中湍流的切應力分布和速度分布 若若 管壁的凹凸不平部分

14、完全被粘性底層覆益，粗管壁的凹凸不平部分完全被粘性底層覆益，粗糙度對湍流核心幾乎沒有影響，這種情況稱為糙度對湍流核心幾乎沒有影響，這種情況稱為水力光滑管水力光滑管（ 淹沒淹沒 ） 若若 管壁的凹凸不平部分暴露在粘性底層之外，湍管壁的凹凸不平部分暴露在粘性底層之外，湍流核心的運動流體沖擊在凸起部分，不斷產(chǎn)生新的旋渦，加流核心的運動流體沖擊在凸起部分，不斷產(chǎn)生新的旋渦，加劇湍亂程度，增大能量損失。粗糙度的大小對湍流特性產(chǎn)生劇湍亂程度，增大能量損失。粗糙度的大小對湍流特性產(chǎn)生直接影響直接影響， 稱為稱為水力粗糙管水力粗糙管（ 突出在突出在 之外）之外） 湍流屬于湍流屬于“水力光滑管水力光滑管”或或“

15、水力粗糙管水力粗糙管”取決于取決于 Re（影響（影響 的大小）和的大?。┖?。 當當 近似相等時，凹凸不平部分開始顯露影晌，但還未近似相等時，凹凸不平部分開始顯露影晌，但還未對湍流性質(zhì)產(chǎn)生決定性的作用。這是介于上述兩種情況之間的對湍流性質(zhì)產(chǎn)生決定性的作用。這是介于上述兩種情況之間的過渡狀態(tài)，有時也把它歸入水力粗糙管的范圍。過渡狀態(tài)，有時也把它歸入水力粗糙管的范圍。水力光滑與水力粗糙同幾何上的光滑與粗糙有聯(lián)系，但并不能水力光滑與水力粗糙同幾何上的光滑與粗糙有聯(lián)系，但并不能等同。幾何光滑管出現(xiàn)水力光滑的可能性大些，幾何粗糙管出等同。幾何光滑管出現(xiàn)水力光滑的可能性大些，幾何粗糙管出現(xiàn)水力粗糙的可能性

16、大些，幾何光滑與粗糙是同定的，而水力現(xiàn)水力粗糙的可能性大些，幾何光滑與粗糙是同定的，而水力光滑與水力租糙卻是可變的。例如一定的管路，當光滑與水力租糙卻是可變的。例如一定的管路，當 較小時較小時是水力光滑的，但當是水力光滑的，但當 增大時可能是水力粗糙的。一定的管增大時可能是水力粗糙的。一定的管路新使用時是水力光滑的。但用舊時卻可能是水力粗糙的。因路新使用時是水力光滑的。但用舊時卻可能是水力粗糙的。因為確定水力光滑和水力粗糙的兩個因素為確定水力光滑和水力粗糙的兩個因素 都不是不變的數(shù)都不是不變的數(shù)值，特別是粘性底層厚度值，特別是粘性底層厚度 隨隨 的變化更是明顯。的變化更是明顯。與ReRe與5-

17、3 圓管中的湍流圓管中的湍流三、管中湍流的切應力分布和速度分布三、管中湍流的切應力分布和速度分布2. 切應力分布切應力分布 對時均化的湍流來說，其管壁上的切應力為對時均化的湍流來說，其管壁上的切應力為式中式中R為管半徑，為管半徑， 為軸向距離為軸向距離 的兩斷面上的壓強差。的兩斷面上的壓強差。如果在如果在此二斷面之間取出半徑為此二斷面之間取出半徑為r的流管，則同樣可得流管表面上的流管，則同樣可得流管表面上的切應力為的切應力為 由上兩式得由上兩式得120()22pp Rp Rll2p rl0rR5-3 圓管中的湍流圓管中的湍流三、管中湍流的切應力分布和速度分布三、管中湍流的切應力分布和速度分布

18、這就是過流斷面上切應力的這就是過流斷面上切應力的K字形分布規(guī)律，它既適用于字形分布規(guī)律，它既適用于層流也適用于時均湍流層流也適用于時均湍流。根據(jù)根據(jù)(533)式，我們知道湍流中的切應力應該包括粘性切應力式，我們知道湍流中的切應力應該包括粘性切應力 與脈動切與脈動切應力應力 兩部分，但是這兩種切應力在粘性底層和湍流核心中所占的比例是不兩部分，但是這兩種切應力在粘性底層和湍流核心中所占的比例是不同的。同的。 在粘性底層中，脈動切應力很小，切應力的主要成分是粘性切應力在粘性底層中，脈動切應力很小，切應力的主要成分是粘性切應力121xxdddydr在湍流核心中由于速度分布比較均勻，速度梯度很小，而脈動

19、劇烈，混合長在湍流核心中由于速度分布比較均勻，速度梯度很小，而脈動劇烈，混合長度較大，因而它的切應力主要成分是脈動切應力度較大，因而它的切應力主要成分是脈動切應力222()xdLdy在管路軸心處速度最大，速度梯度為零，因而切應力為零。在管路軸心處速度最大，速度梯度為零，因而切應力為零。5-3 圓管中的湍流圓管中的湍流三、管中湍流的切應力分布和速度分布三、管中湍流的切應力分布和速度分布3. 速度分布速度分布 在粘性底層中在粘性底層中 因為粘性底層很薄，因為粘性底層很薄， 可近似用壁面上的切應力可近似用壁面上的切應力 表表示，于是積分可得示，于是積分可得 在粘性底層中速度分布是直線規(guī)在粘性底層中速

20、度分布是直線規(guī)律，這顯然是層流速度拋物線規(guī)律在律，這顯然是層流速度拋物線規(guī)律在粘性底層中的近似結(jié)果。粘性底層中的近似結(jié)果。xxdddydy即0 xy0在湍流核心中，在湍流核心中， ，為了積分求出速度，必須首先確定，為了積分求出速度，必須首先確定 、L與與y的的關(guān)系。由關(guān)系。由(538)式可得式可得 與與y的函數(shù)關(guān)系為的函數(shù)關(guān)系為22()xdLdy00(1)ryRR根據(jù)卡門根據(jù)卡門(Karman)實驗，混合長度的分布規(guī)律如圖實驗，混合長度的分布規(guī)律如圖517所示，所示，L與與y的函數(shù)的函數(shù)關(guān)系可以近似表示為關(guān)系可以近似表示為1yLkyR當當 ，即在壁面附近時，即在壁面附近時Lky5-4 管路中的

21、沿程阻力管路中的沿程阻力一、尼古拉茲實驗一、尼古拉茲實驗1933年發(fā)表的尼古拉茲實驗對管中沿程阻力作了全面研究。將砂粒篩分后用年發(fā)表的尼古拉茲實驗對管中沿程阻力作了全面研究。將砂粒篩分后用漆涂于管道的內(nèi)壁，一共造成六種相對粗糙度漆涂于管道的內(nèi)壁，一共造成六種相對粗糙度 不同的管路，對每種管路不同的管路，對每種管路皆從最低的雷諾數(shù)開始，實驗一直進行到皆從最低的雷諾數(shù)開始，實驗一直進行到 為止。為止。d6Re10= ( Re, /d ) 以以 為橫坐標，以為橫坐標，以 為縱坐標，將實驗點標在雙對數(shù)坐為縱坐標，將實驗點標在雙對數(shù)坐標紙上，即為尼古拉茲實驗曲線標紙上，即為尼古拉茲實驗曲線Red2222

22、fhpdlldg 1層流區(qū)層流區(qū) 當當 時，時，層流層流 2. 臨界區(qū)臨界區(qū) 當2320Re4000時，層流開始轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌e232064Re22642Re2fllhdgdg130.0025Re5-4 管路中的沿程阻力管路中的沿程阻力一、尼古拉茲實驗一、尼古拉茲實驗 3. 光滑管湍流區(qū)光滑管湍流區(qū) 當雷諾數(shù)當雷諾數(shù)Re4000以后，以后， 當當105 Re3106 時可用尼古拉茲光滑管的經(jīng)驗公式時可用尼古拉茲光滑管的經(jīng)驗公式 0.250.3164Re21.750.250.3164Re2flhdg0.2370.2210.0032Re5-4 管路中的沿程阻力管路中的沿程阻力一、尼古拉茲實驗一、尼

23、古拉茲實驗 4. 過渡區(qū)過渡區(qū) 后，后，過渡區(qū)的前半部與后半部分別帶有光滑過渡區(qū)的前半部與后半部分別帶有光滑管和粗糙管的特點。因而過渡區(qū)的柯列布茹克管和粗糙管的特點。因而過渡區(qū)的柯列布茹克(Colebrook)公公式式 柯列布茄克公式有一個簡化的形式，稱為阿里特速里公式柯列布茄克公式有一個簡化的形式，稱為阿里特速里公式87Re22.2()d12.512lg()3.7Red 0.25680.11()Red5-4 管路中的沿程阻力管路中的沿程阻力一、尼古拉茲實驗一、尼古拉茲實驗 5. 粗糙管湍流區(qū)粗糙管湍流區(qū) 尼古拉茲粗糙管公式尼古拉茲粗糙管公式 它的簡化形式稱為希夫林松公式它的簡化形式稱為希夫林

24、松公式 這兩個公式的應用范圍只限于粗糙管湍流區(qū)，即這兩個公式的應用范圍只限于粗糙管湍流區(qū)，即212lg(3.7)d0.250.11()d98Re597()d5-4 管路中的沿程阻力管路中的沿程阻力二、莫迪圖二、莫迪圖 柯列布茄克公式實際上是將尼古拉茲光滑管和粗糙管公式融為一體的一個柯列布茄克公式實際上是將尼古拉茲光滑管和粗糙管公式融為一體的一個綜合公式綜合公式(阿里特蘇里公式也是如此阿里特蘇里公式也是如此)，令公式右端兩項分別為零，則可分別得，令公式右端兩項分別為零，則可分別得到光滑管湍流和粗糙管湍流的公式。因而過渡區(qū)的公式實際上可以普遍適用于到光滑管湍流和粗糙管湍流的公式。因而過渡區(qū)的公式實

25、際上可以普遍適用于整個湍流。整個湍流?？铝胁既憧斯浇Y(jié)構(gòu)復雜，一般求柯列布茹克公式結(jié)構(gòu)復雜，一般求 值可用近似的經(jīng)驗公式，即阿里持蘇里值可用近似的經(jīng)驗公式，即阿里持蘇里公式解決，另外亦可用查圖法求其近似值，圖公式解決，另外亦可用查圖法求其近似值，圖522是依據(jù)柯列布茹克公式繪是依據(jù)柯列布茹克公式繪制的，通稱為莫迪制的，通稱為莫迪(Moody)圖。只要知道雷諾數(shù)圖。只要知道雷諾數(shù)Re和相對粗糙度和相對粗糙度 ，從莫，從莫迪圖上立刻可以查到迪圖上立刻可以查到 值，并且可以判斷所在的阻力區(qū)，使用起來非常方便，不值，并且可以判斷所在的阻力區(qū)，使用起來非常方便，不過因為其縱橫坐標都是對數(shù)分度，不容易讀得

26、準確，但用其判斷阻力區(qū)卻是比過因為其縱橫坐標都是對數(shù)分度，不容易讀得準確，但用其判斷阻力區(qū)卻是比較方便的。較方便的。d表表55上給出了常用管材絕對組糙度上給出了常用管材絕對組糙度 的參考數(shù)值，管材的的參考數(shù)值，管材的 值并不是直接值并不是直接測量，而是通過實驗計算出來的。將待測的管道安排在實驗室中進行沿程阻測量，而是通過實驗計算出來的。將待測的管道安排在實驗室中進行沿程阻力系數(shù)的測定，然后用尼古拉茲粗糙管公式由力系數(shù)的測定，然后用尼古拉茲粗糙管公式由 反算出一個反算出一個 值，這值，這 值就值就算是所測管材的絕對粗糙度。這種方法的實質(zhì)是將實際管材的凹凸不平用一算是所測管材的絕對粗糙度。這種方法

27、的實質(zhì)是將實際管材的凹凸不平用一個相當?shù)木鶆蛏傲４植诙却?，所以表個相當?shù)木鶆蛏傲４植诙却妫员?5中的中的 也稱為當量絕對粗糙度。也稱為當量絕對粗糙度。制定表制定表55所測管材的表面質(zhì)量與具體工作中所要考慮的管材情況不見得相所測管材的表面質(zhì)量與具體工作中所要考慮的管材情況不見得相同，新管材還好，如是舊管材，則銹蝕、結(jié)垢、積污等情況各異，因此表中同，新管材還好，如是舊管材，則銹蝕、結(jié)垢、積污等情況各異，因此表中數(shù)據(jù)僅供參考。數(shù)據(jù)僅供參考。 管路的功用是輸送流體，為了保證流體輸送中可能遇到的轉(zhuǎn)向、調(diào)節(jié)、管路的功用是輸送流體，為了保證流體輸送中可能遇到的轉(zhuǎn)向、調(diào)節(jié)、加速、升壓、過濾、測量等需要

28、，在管路上必需要裝種種管路附件。加速、升壓、過濾、測量等需要，在管路上必需要裝種種管路附件。例如常見的彎頭、三通、水表、變徑段、進出口、過濾器、溢流閥、節(jié)流閥、例如常見的彎頭、三通、水表、變徑段、進出口、過濾器、溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。經(jīng)過這些裝置時，流體運動受到擾亂，必然產(chǎn)生壓強換向閥等。經(jīng)過這些裝置時，流體運動受到擾亂，必然產(chǎn)生壓強(或水頭、能或水頭、能量量)損失，這種在管路局部范圍內(nèi)產(chǎn)生的損失是由于統(tǒng)稱為局部阻力所引起的損失，這種在管路局部范圍內(nèi)產(chǎn)生的損失是由于統(tǒng)稱為局部阻力所引起的。5-5 管路中的局部阻力管路中的局部阻力 局部裝置的類型繁多，情況各異，但產(chǎn)生損失的物理現(xiàn)象卻也有類似

29、局部裝置的類型繁多，情況各異，但產(chǎn)生損失的物理現(xiàn)象卻也有類似之處。如圖之處。如圖525中所示，在局部裝置處經(jīng)常出現(xiàn)渦旋區(qū)和速度的重新分布。中所示，在局部裝置處經(jīng)常出現(xiàn)渦旋區(qū)和速度的重新分布。渦旋區(qū)中，流體不規(guī)則地旋轉(zhuǎn)、碰撞、回流，往往給主流運動造成巨大的阻渦旋區(qū)中，流體不規(guī)則地旋轉(zhuǎn)、碰撞、回流，往往給主流運動造成巨大的阻礙，消耗主流運動的能量，導致壓強、水頭、能量的降低，這種渦旋區(qū)的存礙，消耗主流運動的能量，導致壓強、水頭、能量的降低，這種渦旋區(qū)的存在是局部阻力的普遍現(xiàn)象。在是局部阻力的普遍現(xiàn)象。速度的重新分布不僅加劇主流中的內(nèi)部摩擦，而且引起流體微團的前后撞擊速度的重新分布不僅加劇主流中的內(nèi)

30、部摩擦，而且引起流體微團的前后撞擊增加主流中的湍動性，即使原來是層流，經(jīng)過局部阻力裝置以后也難以再保增加主流中的湍動性，即使原來是層流，經(jīng)過局部阻力裝置以后也難以再保持層流狀態(tài)，這種影響有時會延續(xù)很長一段距離。持層流狀態(tài)，這種影響有時會延續(xù)很長一段距離。這許多裝置本身都有各自的流動規(guī)律需要深入探討，但是從管路流動來說，這許多裝置本身都有各自的流動規(guī)律需要深入探討，但是從管路流動來說，它們的共性就是造成局部的水頭損失。這種局部水頭損失它們的共性就是造成局部的水頭損失。這種局部水頭損失 根據(jù)第三章根據(jù)第三章突然擴大管突然擴大管(3121)式的討論結(jié)果可以表示為式的討論結(jié)果可以表示為fh22fhg（

31、558）式中式中 稱為局部阻力系數(shù)。公式的含義就是將局部水頭損失折合成管中平均稱為局部阻力系數(shù)。公式的含義就是將局部水頭損失折合成管中平均速度水頭的若干倍，這個倍數(shù)就是局部阻力系數(shù)。速度水頭的若干倍，這個倍數(shù)就是局部阻力系數(shù)。局部阻力造成局部能量損失的原因：局部阻力造成局部能量損失的原因：1、局部裝置（障礙）處存在流動旋渦區(qū)；、局部裝置（障礙）處存在流動旋渦區(qū)；2、局部裝置處存在速度重新分布、局部裝置處存在速度重新分布 (大小，方向大小，方向) 。局部壓強損失局部壓強損失 局部水頭損失局部水頭損失式中：式中： 局部阻力系數(shù)（不同局部裝置的局部阻力系數(shù)（不同局部裝置的 值由實驗值由實驗確定）。確

32、定）。v 一般用局部裝置（即局部損失）后的速度值。一般用局部裝置（即局部損失）后的速度值。 22vp gvh22 5-5 管路中的局部阻力管路中的局部阻力一、幾種常用的局部阻力系數(shù)一、幾種常用的局部阻力系數(shù)1、突然擴大、突然擴大 由包達定理由包達定理所得到的理論公式所得到的理論公式2、逐漸擴大、逐漸擴大 被稱為是最佳擴張角。被稱為是最佳擴張角。212()2fhg2112(1)AA2221(1)AA212()2fhkg573、突然縮小、突然縮小 流線進入小管時，形成流線進入小管時，形成個過流斷面最小的收縮斷面，個過流斷面最小的收縮斷面，其面積為其面積為Ac,稱為斷面收縮系數(shù)。稱為斷面收縮系數(shù)。5-5 管路中的局部阻力管路中的局部阻力一、幾種常用的