流体流动过程中能量损失与管道计算.
流体在管道中对流动规律——流动能量损失的确定.
流体在管道中对流动规律——流动能量损失的确定流体流动时会产生能量损失，只有知道流体流动过程的能量损失，才能用柏努利方程解决流体输送中的实际问题。
流体流动过程的能量损失一般简称为流体阻力。
一、流体阻力的产生原因1．黏度理想流体在流动时不会产生流体阻力，因为理想流体是没有黏性的，实际流体流动时会产生流体阻力，是因为实际流体有黏性。
流体的黏性是流体流动时产生能力损失的根本原因，而流体层与层之间、流体和壁面之间的相对运动是产生内磨擦阻力，引起能量损失的必要条件。
流体黏性的大小用黏度来表示，其数值越大，在同样的流动条件下，流体阻力就会越大。
流体黏度的定义为：两层流体之间单位面积上的内磨擦与速度梯度为之比，用符号μ表示，其单位是：Pa ·s液体的黏度随温度升高减小，气体的黏度则随温度升高而增大。
压力变化时，液体的黏度基本不变；气体的黏度随压力的增加而增加得很少，在一般工程计算中可忽略，只有在极高或极低的压力下，才需要考虑压力对气体黏度的影响。
某些常用流体的黏度，可以从有关手册中查得。
流体流动时产生的能量损失除了与流体的黏性、流动距离有关外，还取决于管内流体的流速等因素。
流速对能量损失的影响与流体在流道内的流动形态有关。
2．流体的流动型态1883年著名的科学家雷诺用实验揭示了流体流动的两种截然不同的流动型态。
实验装置：图1-36，在1个透明的水箱内，水面下部安装1根带有喇叭形进口的玻璃管，管的下游装有阀门以便调节管内水的流速。
水箱的液面依靠控制进水管的进水和水箱上部的溢流管出水维持不变。
喇叭形进口处中心有一针形小管，有色液体由针管流出，有色液体的密度与水的密度几乎相同。
实验现象：①当玻璃管内水的流速较小时,管中心有色液体不扩散，呈现一根平稳的细线流,沿玻璃管的轴线向前流动（如图1-36(a）所示）。
②随着水的流速增大至某个值后，有色液体的细线开始抖动，弯曲，呈现波浪形（如图1-36（b）所示）。
③速度增大到一定程度后，有色液体的细线扩散，使管内水的颜色均匀一致（如图1-36（c ）所示）。
管道阻力损失计算公式
管道阻力损失计算公式
管道阻力损失是流体在管道中经历的机械能损失，由其内的摩擦力，压力损失和间断损失组成。
管道阻力损失的计算公式是：
ΔP = L × 0.109 × (V²/ D4) × (f / 2g)
ΔP：管道阻力损失，单位是KPa；
L：管道总长度，单位是m；
V：流体流速，单位是m/s；
D：管道内径，单位是m；
f：管道内摩擦系数；
2g：重力加速度，一般把2g定为9.8。
管道阻力损失计算公式可以帮助我们计算管道中流体的机械能损失，从而更好地控制管道的设计和运行。
管道阻力损失的计算公式可以用于计算水管、汽油管、空气管、蒸汽管等各种流体的阻力损失。
例如，可以用来计算水管中水流的阻力损失，计算公式如下：
ΔP = L × 0.109 × (V²/ D4) × (0.02 / 2g)
ΔP：管道阻力损失，单位是KPa；
L：管道总长度，单位是m；
V：水流流速，单位是m/s；
D：管道内径，单位是m；
0.02：水流的摩擦系数；
2g：重力加速度，一般把2g定为9.8。
通过计算管道的阻力损失，我们可以更好地控制管道的运行，从而更有效地利用管道的资源。
管道阻力损失的计算公式实际上是一种能量守恒定律，它也可以用于分析水力学系统中流体的流动特性，从而发现和解决流体流动中的问题。
总之，管道阻力损失计算公式是一个非常有用的工具，可以帮助我们计算管道中流体的机械能损失，更好地控制管道的设计和运行。
4流体力学第三章流动阻力与能量损失
2
32 L hf v 2 d
Re d 2 g
64 ，可知： Re
上式说明：圆管层流沿程阻力系数λ只与Re有 关，与管壁粗糙度无关。
第五节 圆管中的紊流运动
讨论管中紊流运动的基本特征及沿程损失规律. 一、紊流脉动与时均化 ㈠脉动现象 如图3-7。相互掺混，互相 碰撞。 ★在紊流中，某流体质点 的瞬时速度和压强始终围 绕某一平均值而上下波动 的现象—脉动现象。
㈡时均化
紊流运动要素围绕它上下波动的平均值称为时均值。 时均速度的定义：
u x AT u x Adt
0
T
1 T u x u x dt T 0
瞬时速度
(3-20)
' x
ux ux u
二、紊流阻力
由两部分组成： ①流体各层因时均流速不同而存在相对运动，故 流层间产生因粘滞性所引起的摩擦阻力。 粘性切应力τ1按牛顿内摩擦定律计算。 ②由于脉动现象，流层间质点的动量交换形成的 紊流附加切应力τ2。 其大小由普朗特的混合长度理论计算。见式 (3-21)。 Re较小时，τ1为主要； Re足够大时,τ2为主要。
第八节
局部损失的计算与减阻措施
一、局部损失产生的原因
主要讨论紊流的局部损失。
pj
2
(3-3)
(3-4)
v2
2
第二节 两种流态与雷诺数
雷诺发明两种流动状态，沿程损失与流态密切相关。 一、雷诺试验 见视频。
层流—各流层的流体质点互不混 杂的流动型态。 紊流—各流体质点的瞬时速度大小 方向随时间而变，各流层质点互相 掺混的流动型态。
层流与紊流的转变
层流紊流有过 渡区（不稳定 区），实用上把 下 临 界 流 速 vk 作 为流态转变速度。
流体力学泵与风机——流动型态与能量损失
δ＞管壁表面凸凹不平的平均值（绝对粗糙度）称为水力光滑管。 δ＜管壁表面凸凹不平的平均值（绝对粗糙度）称为水力粗糙管。
层流底层中的速度是按直线规律分 布的，在紊流的核心区速度是按对 数规律分布的，在核心区速度分布 的特点是速度梯度较小，速度比较 均匀，这是由于紊流时质点脉动掺 混，动量交换强烈的结果。
串联
并联
复杂管道
枝状
网状
第四章
串联管道
通过串联管道各管 段中的流量相等
串联管道的总能量损失是各 段管道中的能量损失之和
水力计算
并联管道
总流量应等于各支管流量之和 各并联支管的能量损失都相同
并联管路流量不均的问题及解决
水力计算
缩短屏式过热器外圈管路，减小流动阻力使管内 流过的蒸汽量增加
水力计算
水击现象
第四章
用旧钢管做沿程能头损失试验，已知管径d＝1.5cm，水 温t＝10℃(运动黏滞系数ν＝0.0131cm²／s)，通过流量qv ＝0.02L／s,问管道中的水流呈什么流态?沿程阻力系数λ 为多少?
➢ 答案:解：管中平均流速 ➢ 则管中雷诺数为
v＝
4qV
d 2
＝
4×0.02×103 3.14×1.52
➢ 水击：在压力管路中，由于液体流速的急剧变
化，从而造成管中液体的压力显著、反复、迅速 的变化，对管道有一种“锤击”的特征，称这种 现象为水击。(或叫水锤。) ➢ 水击危害 ➢ 水击传播过程 ➢ 水击类型 ➢ 防止措施
第四章
水击危害
➢ 1、影响管道系统的正常流动和水泵的正 常运转
流体流动在管道中的能量损失分析
流体流动在管道中的能量损失分析管道是流体能量传递和流动的重要通道。
在流体流动过程中，由于管道内部和外部的各种因素的影响，会出现能量损失现象。
了解和分析管道中的能量损失对于优化管道系统设计以及提高流体传输效率具有重要意义。
本文将对流体流动在管道中的能量损失进行分析和讨论。
1. 管道摩阻损失管道内部的摩阻是流体流动中主要的能量损失来源。
摩阻损失是由于流体与管道壁面以及流体分子之间的相互作用而导致的。
在实际应用中，一般使用阻力系数来表示管道的摩阻损失。
常见的阻力系数有雷诺数、摩阻系数等。
2. 管道展向损失管道的展向变化也会导致能量损失。
展向变化会引起流体的速度变化和压力变化，从而引起能量的损失。
一般情况下，展向变化越大，能量损失越大。
常见的展向损失形式有管子的扩流和缩流。
3. 管道弯头损失管道中的弯头会引起流体流动方向的改变，从而引起能量损失。
弯头会造成流体分离、涡旋和摩擦，从而引起能量转化和能量损失。
弯头损失一般用弯头阻力系数来表示。
4. 管道阻塞损失管道中可能出现各种类型的阻塞物，如沉积物、腐蚀产物等。
这些阻塞物会导致管道中的截面积减小，从而引起压力降低和能量损失。
阻塞损失与阻塞物的形状、粘度、密度等有关。
5. 管道分歧损失管道中的分歧会导致流体流动方向改变和速度分布不均匀，从而引起能量损失。
对于分歧损失的分析和计算，需要考虑分歧的形状、角度、大小等因素。
6. 管道壁面摩擦损失流体在管道内部流动时，与管道壁面之间存在摩擦力。
摩擦力会消耗流体的能量，从而引起能量损失。
管道壁面摩擦损失与管道的表面粗糙度、流体的黏度等因素相关。
综上所述，管道中的能量损失是由多个因素共同作用而产生的。
了解和分析这些能量损失的来源和特点，对于优化管道系统设计、提高流体传输效率具有重要意义。
在实际应用中，通过合理选择管道材料、减小展向变化、优化管道弯头设计等方式，可以有效减少能量损失，提高管道系统的性能。
流动过程中的能量转换及损失分析
流动过程中的能量转换及损失分析在湖泊、海洋或河流等水体中，水会不断流动，形成流动过程。
在流动过程中，能量的转换和损失是一个重要的物理现象。
本文将围绕着流动过程中的能量转换和能量损失展开讨论。
首先，流体动能是流动过程中的重要能量形式之一。
当水体流动时，其具有一定的速度和质量。
根据动能的定义，动能等于质量乘以速度的平方的一半。
因此，流动水体的动能与其质量和速度密切相关。
在流动过程中，水体的动能主要通过两种方式转换为其他形式的能量：一是机械能转换，即将动能转化为水体所经过物体的位移能和压缩能；二是热能转换，即将动能转化为水体与周围环境的热量。
机械能转换主要发生在水体撞击物体或通过水力发电站的过程中，而热能转换则主要发生在湖泊、海洋或河流的表面和底层之间的热交换过程中。
在流动过程中，能量的转换往往伴随着一定的损失。
能量损失主要由以下几个因素引起：1. 摩擦损失：当水体流经河道或管道等表面时，会与表面发生摩擦，从而产生摩擦力。
摩擦力将部分水体的动能转化为表面的热能，导致能量损失。
2. 湍流损失：在流动过程中，如果流体速度发生变化或流动方向发生改变，就会形成湍流。
湍流的产生引起了能量的大量耗散，使得流体的动能转化为热能，造成能量损失。
3. 粘滞性损失：流体的粘滞性使得流体内部分子之间存在相互作用力，从而引起能量的损失。
粘滞性损失主要发生在高粘度流体或流速较慢的情况下。
4. 涡旋损失：在流动过程中，水体中常常会形成涡旋。
涡旋的产生导致能量的耗散，使得水体的动能转化为热能，引起能量损失。
总之，流动过程中的能量转换和损失是一个复杂的物理过程。
在实际应用中，我们需要了解并控制这些能量转换和损失的过程，以优化流体运动的效率。
例如，在水利工程中，通过改变导流方式、减少摩擦和涡旋等措施，可以降低能量损失，提高水力发电效率。
在环境保护领域，了解水体流动过程中的能量转换和损失对于水质评估和水生态保护也具有重要意义。
综上所述，流动过程中的能量转换和损失是一个重要的物理现象。
流体力学流动效率计算公式
流体力学流动效率计算公式流体力学是研究流体在运动中的力学性质和规律的一门学科。
在工程领域中，流体力学的研究对于设计和优化流体系统具有重要意义。
流动效率是评价流体系统性能的重要指标之一，它反映了流体在管道或设备中的运动效果和能量损失情况。
在工程实践中，我们常常需要计算流动效率来评估流体系统的性能，并根据计算结果进行优化设计。
本文将介绍流体力学流动效率的计算公式及其应用。
1. 流动效率的定义。
流动效率是指流体在管道或设备中的运动效果和能量损失情况。
在实际工程中，流动效率通常用流动的能量损失与输入的能量之比来表示，即流动效率=输出能量/输入能量。
流动效率的计算可以帮助工程师了解流体系统的性能状况，找出能量损失的原因，并进行优化设计。
2. 流动效率的计算公式。
流动效率的计算公式可以根据具体的流体系统和流动情况来确定。
一般来说，流动效率的计算公式可以分为两种情况，定常流动和非定常流动。
（1）定常流动情况下的流动效率计算公式。
在定常流动情况下，流动效率可以用流体在管道或设备中的能量损失与输入的能量之比来表示。
假设流体在管道中的能量损失为ΔP，输入的能量为P，那么流动效率η可以表示为：η = (P-ΔP)/P。
其中，ΔP为流体在管道中的能量损失，P为输入的能量。
（2）非定常流动情况下的流动效率计算公式。
在非定常流动情况下，流动效率的计算相对复杂一些。
一般来说，可以利用流体动力学方程和能量守恒方程来进行计算。
非定常流动情况下的流动效率计算公式可以表示为：η = (W-ΔW)/W。
其中，W为输入的能量，ΔW为流体在管道中的能量损失。
3. 流动效率的应用。
流动效率的计算可以帮助工程师评估流体系统的性能，找出能量损失的原因，并进行优化设计。
在实际工程中，流动效率的应用非常广泛，下面以几个具体的应用场景来介绍流动效率的应用。
（1）管道流动效率的计算。
在管道流动中，流动效率的计算可以帮助工程师了解管道中的能量损失情况，找出能量损失的原因，并进行管道的优化设计。
流体力学第5章管流损失和阻力计算
除了流体与管壁之间的摩擦外，流体内部的粘性、湍流等也会导致能量损失。 例如，湍流会使流体的流动变得不规则，增加流体之间的相互碰撞和摩擦，从 而产生更多的能量损失。
损失和阻力的影响
01
能量消耗
管流损失和阻力会导致流体在 流动过程中能量不断损失，这 需要额外提供能量来克服这些 损失，如泵或风机的能耗会增 加。
02 系统效率
管路中的损失和阻力会降低整 个系统的效率，使得系统需要 更多的输入能量才能达到预期 的输出效果。
03
设备选型
04
在进行设备选型时，需要考虑管 路中的损失和阻力，以确保所选 设备能够满足实际需求。例如， 在选择泵时，需要考虑到管路中 的损失和阻力，以确保泵能够提 供足够的扬程和流量。
安全风险
理论发展
实验结果可为流体力学理论的发展提 供实证支持，进一步完善管流损失和 阻力的计算模型。
THANKS
感谢观看
过大的管流损失和阻力可能会导 致流体流动受阻，甚至产生流体 过热、压力过高等问题，这可能 对设备和人员安全造成威胁。因 此，需要进行合理的设计和操作 ，以避免这些问题的发生。
02
管流损失的计算
局部损失计算
局部损失是由于流体在管道中 流动时，遇到突然扩大、缩小、 弯曲等局部障碍而产生的能量 损失。
控制流体流速和压力
降低流体流速
01
适当降低流体在管路中的流速，可以减小流体流动的阻力，从
而降低管流损失。
控制流体压力
02
合理控制流体在管路中的压力，避免过高的压力导致流体流动
阻力的增加。
使用减压阀和稳压阀
03
在管路中安装减压阀和稳压阀，可以稳定流体压力，减小流体
流体力学第六章 流动阻力及能量损失
第六章流动阻力及能量损失本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。
对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。
对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。
对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。
本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。
第一节流态判别一、两种流态的运动特征1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。
1.层流观看录像1-层流层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。
特点：（1）有序性。
水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。
（2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。
（3）能量损失与流速的一次方成正比。
（4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
2.紊流观看录像2－紊流紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。
特点：（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。
流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。
（2）紊流受粘性和紊动的共同作用。
（3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。
二、雷诺实验如图6-1所示，实验曲线分为三部分：（1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。
（2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。
（3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。
图6-1图6-2观看录像3观看录像4观看录像5实验结果（图6-2）的数学表达式层流：m1=1.0, h f=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。
流体阻力对管道流量与能量损失的影响分析
流体阻力对管道流量与能量损失的影响分析引言：管道是现代工业中常见的输送介质的设施，而流体阻力是管道输送过程中不可避免的因素。
本文将探讨流体阻力对管道流量与能量损失的影响，并分析其中的原因和解决方法。
一、流体阻力与管道流量的关系流体在管道中流动时，会受到管道壁面的摩擦力和流体分子之间的相互作用力的阻碍。
这些阻碍力将使得流体在管道中的流速减小，从而导致管道流量的降低。
流体阻力的大小与管道内径、流速和流体性质等因素有关。
一般来说，管道内径越小，流速越大，流体阻力就越大；而流体的粘度越大，流体阻力也越大。
因此，在设计管道时，需要根据实际需求合理选择管道内径和流速，以平衡流体阻力和流量要求。
二、流体阻力对管道能量损失的影响流体在管道中流动时，会因为摩擦力的作用而产生能量损失。
这些能量损失主要表现为管道内流体的压力降低和流体的动能损失。
1. 压力降低：流体在管道中流动时，由于摩擦力的作用，会使得流体的压力逐渐降低。
这种压力降低会导致管道输送过程中的能量损失，同时也会影响到流体的流速和流量。
2. 动能损失：流体在管道中流动时，由于流速的减小，流体的动能也会随之减小。
这种动能损失会进一步增加管道输送过程中的能量损失。
同时，动能损失还会导致流体的压力增加，从而进一步影响管道的流速和流量。
三、减小流体阻力的方法为了降低管道流量和能量损失，我们可以采取一些措施来减小流体阻力。
1. 优化管道设计：合理选择管道内径和流速，以减小流体阻力。
同时，在管道设计中考虑减少管道弯曲和阻力件的使用，以减小流体阻力的产生。
2. 提高流体的粘度：通过增加流体的粘度，可以减小流体与管道壁面的摩擦力，从而降低流体阻力。
3. 使用润滑剂：在管道内涂抹一层润滑剂，可以减小流体与管道壁面的摩擦力，从而降低流体阻力。
4. 定期清洗管道：管道内的沉积物和污垢会增加流体与管道壁面的摩擦力，导致流体阻力的增加。
定期清洗管道可以减小摩擦力，降低流体阻力。
结论：流体阻力对管道流量和能量损失有着重要的影响。
流体流动过程中能量损失和管道计算
流体流动过程中能量损失和管道计算摩擦损失是由于流体与管道壁面的摩擦而产生的能量损失。
流体在管道中流动时，与管道壁面发生摩擦，使得流体的动能转化为内能和热能，从而使流体的总能量逐渐减少。
根据流体力学的基本方程，可以推导出摩擦损失的计算公式。
其中，流体的粘性、管道内径和长度、管壁的光滑程度等因素都会影响摩擦损失的大小。
局部阻力是由于管道中存在的凸起、弯曲、收缩等不规则形状所导致的能量损失。
这些不规则形状会使流体的流速产生变化，从而导致流体的能量损失。
局部阻力可以通过流量系数来表示，通过实验和经验公式可以估算出不同形状的局部阻力系数。
除了摩擦损失和局部阻力外，流体流动过程中还会发生一些其他的能量损失，例如流体受到的外力、液体的汽蚀和气蚀等。
这些能量损失的计算通常需要根据具体情况进行分析和估算。
管道计算是指根据流体的流量、压力、温度等参数，计算流体在管道中的流速、压力损失、温度变化等相关参数的过程。
在管道计算中，需要考虑流体的物性参数、管道的几何形状、流动条件和所需的精度等因素。
管道计算通常包括流速计算、压力损失计算和温度变化计算。
流速计算可以根据流量和管道截面积的关系得出流速值。
在压力损失计算中，需要考虑管道长度、流体的粘性、流过的局部阻力等因素，可以通过经验公式和流体力学的基本方程进行计算。
而温度变化计算则需要综合考虑流体的物性参数、管道的材料热传导性能等因素，可以使用简单的热传导方程进行计算。
综上所述，流体流动过程中能量损失和管道计算是流体力学中的重要内容。
通过对流体的摩擦损失、局部阻力以及其他能量损失的分析，可以对流体流动过程中的能量变化进行评估。
同时，通过管道计算可以得出流体在不同条件下的流速、压力损失和温度变化等参数，为工程设计和实际应用提供重要参考。
工程流体力学泵与风机第6章__流动阻力和能量损失讲解
管内平均流速v与管中心处最大流速vmax的关系一般为：
v（0.75～0.9）vmax
二、边界层的概念
1.边界层的形成和发展
以流体沿固定平板的流动为例: 在平板前缘处: 流体以v0流动 流过平板壁面时:
逐渐加大
边界层 : v0～0.99v0
管径为114mm4mm的管道内流动，若油的流量为30m3/h，
试确定管内油的流动状态。
第三节
圆形管内的速度分布和边界层概念
一、流体在圆形管内的速度分布
如平板间 流速分布
流体流经管道时，在同一截面不同点的速度是不同的， 即速度随位置的变化而变化，这种变化关系称为速度分布。
当流体在圆形管内流动时，无论是层流还是湍流，管 壁上的流速为零，其它部位的流体质点速度沿径向发生变 化。离开管壁越远，其速度越大，直至管中心处速度最大。
三、能量损失的计算公式
整个管路的总能量损失等于各管段的沿程损 失和各处的局部损失的总和，即：
hw hf hj （J/kg）
以压头损失
Hw H f H j（m）
形式表示
以压力降（压力
损失）形式表示
pw pf p（j Pa）
(1) 沿程损失的计算
hf
Re≤2000时，是层流流动； Re＞2000时，是湍流流动。
雷诺数= —惯性—力 黏性力
Re vd vd
例6-1 某低速送风管道，内径d200mm，风速v3m/s， 空气温度为40℃。求：
（1）判断风道内气体的流动状态；
（2）该风道内空气保持层流的最大流速。
例6-2 某油的黏度为7010-3Pa·s，密度为1050kg/m3，在
流速和管损怎么计算公式
流速和管损怎么计算公式在流体力学中，流速和管损是两个重要的参数。
流速是指单位时间内流体通过管道的速度，通常用米每秒（m/s）来表示。
管损则是指流体在管道中流动时由于摩擦力和其他因素而损失的能量，通常用单位长度内的压降来表示。
在工程和科学领域中，计算流速和管损的公式是非常重要的，它们可以帮助工程师和科学家设计和优化管道系统，以及预测流体在管道中的行为。
计算流速的公式。
计算流速的公式通常基于流体力学的基本原理和方程。
在流体力学中，流速可以通过质量守恒定律和动量守恒定律来计算。
其中，质量守恒定律指出在封闭系统内，质量是不会减少或增加的，因此流体在管道中的质量流速是恒定的。
动量守恒定律则指出在封闭系统内，动量是守恒的，即流体在管道中的动量是不会减少或增加的。
根据这两个基本原理，可以得到计算流速的公式：流速 = 流量 / 截面积。
其中，流量是指单位时间内通过管道的流体体积，通常用立方米每秒（m³/s）来表示；截面积是指管道横截面的面积，通常用平方米（m²）来表示。
因此，通过这个公式可以计算出流速，从而帮助工程师和科学家了解流体在管道中的运动情况。
计算管损的公式。
计算管损的公式通常基于流体力学中的雷诺数和达西-魏布尔数等参数。
在管道中，流体由于摩擦力和其他因素会损失能量，这种能量损失可以通过管损来表示。
计算管损的公式通常包括雷诺数和达西-魏布尔数等参数，这些参数可以帮助工程师和科学家预测流体在管道中的摩擦和损失情况。
其中，雷诺数是指流体在管道中的惯性力和粘性力之间的比值，通常用以下公式来计算：雷诺数 = 流速管道直径 / 流体粘度。
其中，流速是指流体在管道中的速度，通常用米每秒（m/s）来表示；管道直径是指管道的直径，通常用米（m）来表示；流体粘度是指流体的粘性，通常用牛顿每平方米秒（N·s/m²）来表示。
通过这个公式可以计算出雷诺数，从而帮助工程师和科学家了解流体在管道中的摩擦情况。
流体流动的能量损失与节能技术
流体流动的能量损失与节能技术引言流体流动是工业生产和生活中的常见现象，但在流体流动的过程中，会伴随着能量的损失。
这种能量损失不仅会导致资源的浪费，还会增加能源消耗和环境污染。
因此，研究流体流动的能量损失机理以及开发相应的节能技术对于提高能源利用效率和减少环境负荷具有重要意义。
流体流动的能量损失机理流体流动的能量损失主要包括以下几个方面：摩擦损失流体在管道或机械设备中流动时，会与管壁或机械设备表面发生摩擦，摩擦力会导致流体的能量损失。
摩擦损失是流体流动中最主要的能量损失来源。
惯性损失当流体在管道中发生弯曲或分流等流动方式改变时，由于惯性的作用，流体会发生能量损失。
这种损失与流体的密度、速度以及管道的形状等因素有关。
尾迹损失尾迹损失是指流体在管道或设备中流动时产生的涡流或旋转流，这些旋转流会增加流体的内能损失，导致流体的能量损失。
节能技术为了减少流体流动的能量损失，提高能源利用效率，人们提出了一系列的节能技术。
以下是几种常见的节能技术：管道优化设计通过优化管道的设计，减少摩擦损失是降低流体流动能量损失的重要途径。
例如采用光滑的内壁材料，减少管道弯曲和分流等，都能减少流体的摩擦损失。
流量调节技术合理地调节流体流动的流量可以减少惯性损失。
通过采用流量调节阀、节流装置等控制措施，可以实现流体流动的节能调节。
能量回收技术利用一些设备或装置将流体流动中的能量损失转化为其他形式的能量，例如压力能、动能等的回收利用，可以有效降低能量损失。
先进的液压传动技术在液压传动系统中，通过采用先进的液压元件和控制技术，可以减少流体在传动过程中的能量损失，提高液压系统的能源利用效率。
结论流体流动中的能量损失是我们所面临的一个重要问题。
通过研究流体流动的能量损失机理，开发相应的节能技术，可以提高能源利用效率，减少环境负荷，实现可持续发展。
因此，我们应当重视流体流动的能量损失问题，并积极采取措施进行节能，推动流体流动领域的可持续发展。
流体流动中的能量损失分析
流体流动中的能量损失分析引言流体流动中的能量损失是流体力学研究中的一个重要问题，对于理解流体流动的机理、优化工程设计和提高能源利用效率具有重要意义。
本文将从流体流动中的能量损失的概念入手，详细分析流体流动过程中产生的能量损失及相关因素，探讨减小能量损失的方法和应用，提高流体流动效率。
1.能量损失的概念和分类1.1 能量损失的概念能量损失是指在流体流动过程中，由于各种因素的作用，流体所具有的能量被消耗或转化为其他形式的能量。
能量损失是流体流动中不可避免的现象，是流体流动效率的重要衡量指标。
1.2 能量损失的分类能量损失可以分为以下几类：1.摩擦损失：由于流体与管道壁面之间摩擦力的作用而产生的能量损失；2.惯性损失：由于流体流动的方向和速度变化导致的能量损失；3.弯头损失：由于流体在弯头处发生流向和速度的突变而产生的能量损失；4.突跃损失：由于流体在管道中突然发生变化，如管道断径或突然扩大等原因导致的能量损失；5.出口损失：由于流体从管道出口流出时产生的能量损失。
2.能量损失的计算和影响因素2.1 能量损失的计算方法能量损失的计算一般采用以下两种方法：1.管道总能量法：根据流体力学基本方程，通过整段管道计算流体在净能量损失面上的能量损失；2.局部能量法：根据流体力学基本方程，分别对局部流动部分进行能量损失计算，然后将各部分损失累加得到总能量损失。
2.2 能量损失的影响因素能量损失的大小受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1.流速：流速越大，能量损失越大；2.管道内壁粗糙度：管道内壁越粗糙，摩擦损失越大；3.管道长度：管道长度越长，能量损失越大；4.管道内径：管道内径越大，能量损失越小；5.弯头半径：弯头半径越小，能量损失越大；6.突跃形式：突跃形式越复杂，能量损失越大。
3.减小能量损失的方法和应用3.1 减小摩擦损失要减小摩擦损失，可以采取以下措施：1.选择光滑内壁的管道材料，并保持管道内壁的清洁；2.降低流速，减小流体与管道内壁之间的摩擦力；3.减小管道长度，缩短流体流动距离；4.使用优质润滑剂，减少流体与管道内壁的摩擦。
流体流动-第七次课(湍流摩擦阻力损失,管路计算)
例 已知某水平输水管路的管子规格为
管长为 138 m ，管子相对粗糙度
若该管路能量损失
H f 5.1 m
98 3.5 m m
0.0001 ， d
,求水的流量为若
干？水的密度为 1000kg m3 ，粘度为1厘泊。
解： 设： 0.02
2dH f g l u2 Hf u g d 2g l
又
15 Ws V s 1000 4.17 kg / s 3600
故
N e Ws We 13815w .
N Ne
1727w 1.727kw
第六节
管路计算是
连续性方程： 柏努利方程:
管路计算
A1u1 A2u2
z1 g
p1
2 u1 2
W z2 g
适用范围：
Re 3000
粗糙管
（1）顾毓珍公式：
0.7543 0.01227 Re 0.38
适用范围： Re 3 103 ~ 3 106
粗糙管
（2）尼库拉则公式：
1
2 lg
d
1.14
适用范围：达到完全湍流
莫狄图
Re 曲线
(1) 层流区
64 l u2 hf hf u Re d 2
pB g
2 uB 2g
h fAB
h
fAB
hf 1 hf 2
注意：并联管路阻力损失不具有加和性，绝不能将
并联的各管段的阻力全部加在一起作为并联管路的能
量损失。
l u2 8lV 2 hf d 2 2d 5
流体力学(流动阻力及能量损失)
查教材第8页表1—2可知，当温度升高到300C以上时，水流转 变为紊流。
例2：某送风管道，输送300C的空气，风管直径为200mm，风 速为3m/s。试求：（1）判断风道内气流的流态；（2）该风管的临 界流速。 解：（1）300C空气的ν=16.6×10-6m2/s(查表1—3)则管中气流雷 × 诺数
第六章
流动阻力及能量损失
1、流动阻力的两种类型 2、流体流动的两种状态 3、均匀流的沿程损失 4、圆管中的层流运动 5、圆管中的紊流运动 6、紊流沿程损失计算 7、管中局部阻力损失计算 8、边界层和绕流阻力
§6－1
流动阻力的两种类型
流体在运动时，与固体周壁间会产生附着力，流体各质点间有 内摩擦力（粘性力）。这些力对流体运动所呈现出的阻滞作用就是 流体的流动阻力。 根据流动边界是否沿程变化，流动阻力分为两类：沿程阻力hf 和局部阻力hj。
§6－2 流体流动的两种状态
一、流态实验——雷诺实验 流态实验 雷诺实验
由层流 紊流时的流
速称为上临界流速 v c 。 ′ 由紊流 层流时的流
速称为下临界流速vc。 实验证明，vc< v c 。 ′ ●实验情况，可概括如下； 当 v > vc 时，流体作紊流运动 ′ 当 v < vc 时，流体作层流运动 当vc< v < v c 时，流态不稳，可能是层流也可能是紊流 ′
临界流速
Re cν 2000×1.14 ×10−6 vc = = = 0.114(m / s) d 0.02
即当v增大到0.114 m/s以上时，水流由层流转变为紊流。 如不改变流速，即v = 0.08 m/s，也可因水温改变，而从层流转 变为紊流。计算应有的ν值
νห้องสมุดไป่ตู้=
流体力学第四章 流动阻力及能量损失
局部损失:
hm
v2 2g
第二节 雷诺试验 层流与紊流
一、两种流态 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过 试验观察到液体中存在两种流态。
二、雷诺实验
如图所示，实验曲线
分为三部分：
（1）ab段：当υ <υ c时，
流动为稳定的层流。
（2）ef段：当υ >υ ‘’时，
流动只能是紊流。
适用范围：
或
c.紊流λ的综合计算公式 考尔布鲁克公式 巴赞（Barr）公式 式中： K——当量粗糙高度，是指和工业管道粗
糙管区l值相等的同直径人工粗糙管的粗糙高度。工 业管道的“当量粗糙高度”反映了糙粒各种因素对
沿 程损失的综合影响。
适用范围：适用于圆管紊流的过渡区，也适用于 光滑管区和粗糙管区。
15106
为层流列截面1-1和2-2的伯努利方程
h
pa
g
1
V12 2g
0
pa
g
2
V22 2g
hf
认为油箱面积足够大，取 V1 0 ，则
hf
2
V22 2g
64 Re
l d
V22 2g
2 0.2392 64 15 0.2392
29.806 127.5 0.008 29.806
（3）be段：当υ c<υ <υ ‘’ 时，流动可能是层流（bc 段），也可能是紊流（bde
段），取决于水流的原来状 态。
层流： m1=1.0, hf=k1v , 即沿程水头损失与流线的一次方成正比。
紊流： m2=1.75~2.0, hf =k2v 1.75~2.0 ， 即沿程水头损失hf与流速的1.75~2.0次方成正
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4
( D1 D2 )
2 ，而不是 ( D D2 )
1 2
4
Q ( D1 D2 )
2
(m / s)
1.4.2 沿程能量损失
l v2 hl d 2 • 式中 hl----沿程能量损失， N / m2或J / m3 ；
l -----管长，m；
1 2 v -----气体的动压头，N / m2 ； 2
d ----管径，对非圆形管道取当量直径de，m；
----沿程阻力系数（或摩擦系数）。
（1）在层流流态下，紊流流态下沿程阻力系数
A ＝ n Re
光滑的金属管道：A=0.32 n=0.25 表面粗糙的金属管道：A=0.129 n=0.12 砖砌管道：A=0.175 n=0.12 在一般工程计算时， 值可近似选取。
RH
因此，水力半径反映了管道或设备的集合因素对流动状态，也就 是对阻力大小的影响。 对于圆形管道，
F
D2
4
D2
, D
于是
RH
F D 4 D 4
即圆管直径为水力半径的4倍，对于非圆形管道或设备，也取水力 半径的4倍表示其尺寸，即取当量直径： De=4RH
层流、湍流示意图：
1.4.1.2 雷诺准数 （1）雷诺准数： Re D
式中
D：管道直径；
v：流速；
ρ ：流体密度；
µ：动力粘度。
（2）雷诺准数的物理意义：表示作用于流体上的惯性 力与粘性力之比（相对大小）。
对于在平直的圆管中流动的流体： Re≤2320：流态属层流 Re≥4000：流态属湍流 2320<Re <4000：流态是不稳定的，可能是层流，也可能 是湍流，而且极容易从一种流态转变为另一种流态，所以 称过渡流。
•
流体都是在管道或渠道中输送的。根据产生阻力的部位不同，把
阻力分为沿程阻力和局部阻力两类。
• 沿程阻力:产生于整个流动路程上，由于流体的粘性和流体质点之间 的互相碰撞而产生的阻力；
• 局部阻力：产生于管道中的管件，阀件，出入口等处，是由于这些
局部位置所造成的对流动的障碍或干扰而产生的附加阻力。
•
沿程阻力用沿程压头损失hL表示，局部阻力用局部压头 损失hM表示。单位为米流体柱或帕。因此，柏努利方程中的
它与相同数值的圆管直径D对流动状况产生相同的影响，对于圆管De=D。
对于长度a、宽度b的矩形截面的管道，
De 4 ab 2ab 2(a b) a b
对于内径为D1的管道里套着一根外径为D2 的圆管两者
之间的环形通道：
De 4 4
2 ( D12 D2 )
( D1 D2 )
前一种情况说明流体运 动时，流体的质点成为互不 干扰的细流前进，各股流互 相平行，层次分明。流体的 这种流态是层流。 后一种情况说明流体流 动时，出现一种紊乱态。流 体各质点作不规则的运动。 液流内各股细流相互更换位 置，流体质点有轴向和横向 运动，互相撞击产生湍动和 旋涡，这种流态叫湍流或称 紊流。
压头损失项
hW hL hM 米流体柱（或帕）
• 实际流体在流动过程中才会产生流动阻力，为了克服该 阻力才有阻力损失，因此，在工程上常将能量损失表示为动
能的某一倍数，这一倍数称为阻力系数。
1.4.1 流态和雷诺试验
1.4.1.1雷诺试验 在一般流动过程中，由于流体流动速 度不同，流体质点的运动可能处于两种完 全不同的状态。一种是流体质点互不干扰 而有规则的层流运动。而另一种则是流体 质点速度存在脉动的湍流流动。层流中， 流体质点沿其轨迹层次分明地向前运动， 其轨迹是一些平滑的随时间变化较慢的曲 线。湍流中流体质点的轨迹杂乱无章，互 相交错，而且迅速地变化，流体微团(或称 涡体)在顺流向运动的同时，还作横向、垂 向和局部逆向运动，也与它周围的流体发 生混掺。那么流体质点在什么情况下发生 层流流动，什么情况下发生湍流流动，什 么情况下发生从层流向湍流过渡呢？在讨 论这个问题之前，现看一下雷诺试验：
试验时首先稍微开启阀门K ，流 体便开始缓慢的由水箱G中流出。然 后将细管上的阀门P稍微开启，则有 有色液体从T1管流入玻璃管T中，在 T管中形成一条直线，且很稳定。随 后如果将阀门K再稍微开大一些，则 玻璃管中流体的流速随之增大，但是 上述现象任然不变，染色流束仍将保 持稳定流态。也就是说当玻璃管内的 流速较低时，从细管注入的颜色液体 能成为单独的一股细流前进，同玻璃 内的水不相混杂。 但当K开启到一定程度时，也就 是当玻璃管内的流速较高时，从细管 注入的那股带颜色的细流马上消失在 水中，同水混杂起来。
光滑的金属管道： ＝0.02～0.025；
一般氧化的金属管道： ＝0.035～0.04； 有锈的金属管道： ＝0.045；
砖砌管道： ＝0.05～0.06。
1.4.3局部能量损失
当流体经管道上的管件、阀门及出入口等处流过时 由于流体流向和速度大小的改变，以及产生旋涡等原因， 产生比同样长度的直管大得多的阻力，这种由于在局部地 方流动受到障碍和干扰而产生的附加阻力叫局部阻力。必 须注意到，干扰的因素虽然只是产生于局部地方，但其影 响在下游较长一段距离内却没有消失。
1.4.1.3 水力半径和当量直径
在生产上常常会遇到非圆形管，例如有些气体的 管道是矩形的，有些是环形的。对于非圆形管道内流 体的流动，必须找到一个和直径相当的量来计算Re值 以及阻力大小，即要用当量直径De来代替圆形管道的 直径D。
当量直径可通过水力半径RH求出。水力半径的定 义是：与流动方向相垂直的截面积F与被流体所浸润 的周边长度Π 之比，即 F
1.4 流体流动过程中 能量损失与管道计算
•
实际流体由于具有粘性，在流动时就产生阻力。对于不可压缩流 体来说，这种阻力使流体的一部分机械能，不可逆地转化为热能而损 失到环境中去。这部分能量便不再参加流体动力学过程，称之为能量 损失。单位重量（单位体积）流体的能量损失，称为水头损失（压头 损失）并以hw(或△p)表示。
D1 D2
必须着重指出，当量直径只是用来代替圆管的直径D， 以表明管道的几何因素对某些流体力学现象有相同的影响。 它不应该代替圆管的直径去计算不属于这个范围的物理量， 例如截面积、流速、流量等。例如上述的环形管道的截面 积是 时，流速应是
而不是 2 2
4 ( D1 D2 )
4
；其间的流量是 2 Q m3/s