1.3.流体流动阻力
流体在管内的流动阻力
第四节流体在管内的流动阻力实际上理想流体是不存在的。
流体在流动过程中需要消耗能量来克服流动阻力，本节讨论流体流动阻力的产生、影响因素及其计算。
§1.4.1牛顿粘性定律与流体的粘度1、牛顿粘性定律设有间距很小的两平行板，两平板间充满液体(如图)。
下板固定，上板施加一平行于平板的切向力F，使上板作平行于下板的等速直线运动。
紧贴上板的液体层以与上板相同的速度流动，而紧贴固定板的液体层则静止不动。
两层平板之间液体的流速分布则是从上到下为由大到小的渐变。
此两板间的液体可看成为许多平行于平板的流体层，这种流动称为层流，而层与层之间存在着速度差，即各液层之间存在着相对运动。
运动较快的液层对与之相邻的运动较慢的液层作用着一个拖动其向运动方向前进的力；而与此同时，运动较慢的液层对其上运动较快的液层也作用着一个大小相等方向相反的力，从而阻碍较快的液层的运动。
这种运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力称为流体的内摩擦力（粘滞力）。
流体流动时产生内摩擦力的这种特性称为粘性。
在上图中，若某层流体的速度为u，在其垂直距离为dy处的邻近流体层的速度为u+du，则du/dy表示速度沿法线方向上的变化率，称为速度梯度。
实验证明，内摩擦力F与两流体层间的接触面积S成正比，与速度梯度du/dy成正比。
即：F∝S·du/dy亦即：F=μS·du/dy剪应力τ：单位面积上的内摩擦力，即F/S, 单位N/㎡于是：τ=F/S=μ·du/dy——牛顿粘性定律μ为比例系数，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度说明：①牛顿粘性定律可表达为剪应力与法向速度梯度成正比，与法向压力无关，流体的这一规律与固体表面的摩擦力的变化规律截然不同。
②牛顿粘性定律的使用条件：层流时的牛顿型流体。
③根据此定律，粘性流体在管内的速度分布可以预示为：如图紧贴壁面的流体受壁面固体分子力的作用而处于静止状态，随着离壁距离的增加，流体的速度连续地增大，至管中心处速度达到最大。
流体流动阻力实验报告
流体流动阻力实验报告引言流体力学是研究流体在运动中的行为及其影响的学科。
流体流动阻力是流体力学中的一个重要概念，它在各个领域都有广泛的应用。
本实验旨在通过测量流体在管道中流动时所产生的阻力，探究流体流动阻力的特性和影响因素。
实验目的1. 理解流体流动阻力的概念和意义；2. 探究流体流动阻力与管道直径、流速等因素的关系；3. 学习使用实验仪器和测量方法。
实验原理根据流体力学的基本原理，流体在管道中流动时，会受到管壁的摩擦力和流体内部分子之间的黏滞力的阻碍，从而产生阻力。
阻力的大小与流体的黏性有关，也与管道的形状、管径、流速等因素密切相关。
根据液体在静止时的压强和动能守恒定律，可以推导出流体流动阻力的计算公式。
实验装置与仪器1. 实验装置：包括液压台、流体供给装置、流量计、压力计等；2. 测量仪器：包括尺子、计时器等。
实验步骤1. 搭建实验装置，保证装置的稳定性；2. 调整流量控制阀，使流量计示数稳定在一定数值；3. 测量管道的直径和长度，并记录相关数据；4. 开始实验，打开液压台的电源，使流体进入管道；5. 启动计时器，测量流体通过管道的时间；6. 停止计时器，记录流量计示数和压力计示数；7. 根据实验数据计算流体流动阻力，并进行数据处理和分析。
实验结果与讨论通过多次实验，我们得到了不同流速下的流量计示数和压力计示数。
根据实验数据，我们可以计算出不同流速下的流体流动阻力。
分析实验结果，我们发现以下几点规律：1. 随着流速的增加，流体流动阻力呈线性增加的趋势。
这是因为流速增加会导致流体与管壁摩擦力增加，从而增加流动阻力。
2. 随着管道直径的增加，流体流动阻力减小。
这是因为管道直径增加会使流体流动的截面积增大，减小单位面积上流体的速度，从而减小流动阻力。
3. 随着管道长度的增加，流体流动阻力增加。
这是因为管道长度增加会导致流体流动的摩擦面积增大，从而增加流动阻力。
结论通过本次实验，我们深入了解了流体流动阻力的特性和影响因素。
流体流动流体阻力的计算
当 Re = 105 左右，n = 7，则有： 1
ur 1 r 7 umax R
称为普兰持(Prandtl) 1/7次方速度分布方程。
上两式表明了流体在圆管内湍流流动时的速度分布规律。但在管路计算中，更为有 用的则是平均流速ū 。根据湍流时速度分布的指数方程，进行与层流时相同的推导，则 可得到湍流时的平均流速 ū 与最大流速 umax的关系。
当水的流速较小时，玻璃管水流中出现一条稳定而明显的染色直线。表明流体质点沿管 轴作直线运动，即流体分层流动，且各层流体以不同的速度向前运动，把这种流型称为层流 或滞流；
水的流速逐渐加大到一定程度后，染色细线开始弯曲并出现波浪形。表明流体质点不但 沿管轴向前运动，而且开始有径向运动。当水流速度增大到某一临界值时，染色细线完全消 失，与水流主体完全混成均匀的颜色。表明流体质点在总体上沿管路向前运动外，还有各个 方向上的随机运动，把这种流型称为湍流或紊流。
尽管湍流在流速快的部分有很强的径向混合，但在靠近壁的地方，流体流速很慢（原因 是什么？） ，在壁面上的流体则流速为0，这一部分流体层面很薄，常被称为层流底层（层 流内层）。
层流底层与湍流层交界部分称为过渡区。
边界层及边界层脱体 边界层如何形成 ❖ 在层流中：
u0
边界层界限
层流边界层
湍流边界层
管道类别
无缝黄铜管、铜管及铅管
金 新的无缝钢管、镀锌铁管
新的铸铁管 属
具有轻度腐蚀的无缝钢管 管 具有显著腐蚀的无缝钢管
旧的铸铁管
绝对粗糙度， mm
0.01—0.05
管道类别 干净玻璃管
0.1—0.2
非 橡皮软管
0.3
金 木管道
0.2—0.3 0.5以上 0.85以上
流体流动中的阻力分析
流体流动中的阻力分析1. 引言流体力学是研究流体运动规律的科学，其中一个重要的研究内容就是流体流动中的阻力分析。
阻力是流体运动中产生的一种阻碍物体运动的力，分析阻力的大小和特性对于优化设计和控制流体流动具有重要意义。
本文将围绕流体流动中的阻力分析展开讨论，并介绍几种常见的阻力模型和计算方法。
2. 流体阻力的定义和分类流体阻力是指流体在流动时对物体运动的阻碍力。
根据流体流动的特性和性质，流体阻力可分为黏性阻力和形状阻力两类。
2.1 黏性阻力黏性阻力是由于流体黏性使得流动物体受到的阻碍。
黏性阻力与流体的粘度密切相关，流体粘度越大、流速越快，黏性阻力就越大。
黏性阻力可以通过斯托克斯公式进行计算。
2.2 形状阻力形状阻力是由于流体与物体形状的相互作用而产生的阻力。
形状阻力与物体形状、流体流速、流体密度等有关。
常见的形状阻力包括压力阻力和摩擦阻力等。
3. 黏性阻力的计算方法黏性阻力可以通过斯托克斯公式进行计算。
斯托克斯公式描述了小球在粘性流体中的阻力与流体黏性、球体半径和流体流速之间的关系。
其计算公式如下：F = 6πηrv其中，F表示阻力，η表示流体的粘度，r表示球体的半径，v表示流体的速度。
4. 形状阻力的计算方法形状阻力的计算相对复杂，一般需要借助数值模拟、实验测试或经验公式等方法进行。
常见的计算方法包括有界层理论、雷诺平均法和飞行器气动力学方法等。
4.1 有界层理论有界层理论是研究绕过物体表面的流体流动的一种理论。
根据有界层理论，可以推导出物体所受的形状阻力与物体表面形状、流体速度梯度和物体表面摩擦系数之间的关系。
4.2 雷诺平均法雷诺平均法是一种经验公式，适用于非粘性流体中物体的形状阻力计算。
这种方法基于大量实验数据的统计分析，通过回归分析建立了物体形状和流体流速之间的数学关系。
4.3 飞行器气动力学方法飞行器气动力学方法主要用于飞行器在空气中的运动的研究。
通过对飞行器表面形状和流体流速的数值模拟，可以得到飞行器的形状阻力。
流体力学中的黏性流体
流体力学中的黏性流体黏性流体是流体力学中的重要概念之一，它在实际生活和工程应用中有着广泛的应用。
本文将探讨黏性流体的基本特性、黏性流体的模型以及黏性流体在工程中的应用案例。
1. 黏性流体的基本特性黏性流体是一种具有内部黏性阻力的流体。
与无黏性流体（如理想气体）不同，黏性流体具有以下基本特性：1.1 流体的黏度黏度是黏性流体最重要的特性之一。
它描述了黏性流体内部分子之间相互作用的强度。
黏度越大，流体的黏性就越高，即流动阻力越大。
1.2 流体的粘性黏性流体具有粘性，即常常会产生阻力和内摩擦力。
当流体流动时，流体分子之间会发生相互作用，导致流动速度的差异。
这种相互作用会导致黏性流体内部的能量耗散。
1.3 流体的剪切应力黏性流体在流动过程中会受到剪切应力的作用。
剪切应力描述了流体内部不同层次之间的相对运动情况。
当黏性流体受到剪切应力时，会发生流体的变形和能量的耗散。
2. 黏性流体的模型为了研究黏性流体的性质和行为，研究者们提出了多种黏性流体模型。
下面介绍两种常用的模型：2.1 牛顿流体模型牛顿流体模型是最简单且最常用的黏性流体模型。
根据该模型，流体内部的黏性阻力与剪切速率成正比。
这意味着牛顿流体的黏度在不同的剪切速率下保持不变。
2.2 非牛顿流体模型非牛顿流体模型适用于一些特殊流体，如液晶、聚合物溶液等。
与牛顿流体不同，非牛顿流体的黏度会随着剪切速率的变化而发生改变。
这种流体模型在实际应用中更加复杂，但也更加接近真实的流体行为。
3. 黏性流体在工程中的应用案例黏性流体在工程领域中有着广泛的应用。
以下是几个黏性流体在工程中的应用案例：3.1 润滑油润滑油是黏性流体的典型应用之一。
黏性流体的黏度可以调整，使其在机械设备中形成一层薄膜，减小设备零件之间的摩擦和磨损。
3.2 高分子聚合物高分子聚合物是一种非牛顿流体，常用于涂料、胶水等领域。
通过调整聚合物的黏度和流变性能，可以实现不同的涂覆和粘附效果。
3.3 食品加工在食品加工过程中，黏性流体的应用非常广泛。
第一章流体的流动阻力
的圆形管。当量直径用de表示，水力半径用rH表示。
我们来一下圆管的直径：
内径为d，长为l，其内部可供流体流过的体积
为πd2l/4，其被润湿的内表面积为πdl，因此有 下列关系:
π 2 πd d l 流通截面积 4 4 d 4 4 4 πdl πd 润湿周边长
2
对非圆形管：可以类比上式而得到其当量直径为：
实际管的当量粗糙度 管壁粗糙度对阻力系数λ的影响首先是在人工 粗糙管中测定得。人工粗糙管是将大小相同得砂 粒均匀地粘着在普通管壁上，人为地造成粗糙度， 因而其粗糙度可以精确测定。工业管道内壁得凸 出物形状不同，高度也参差不齐，粗糙度无法精 确测定。实践上通过试验测得阻力损失并计算λ 值，然后由图1-27反求处相当得相对粗糙度，称 为实际管道得当量相对粗糙度。由当量相对粗糙
与壁面间出现边界层分离，产生漩涡，因此有能
量损失。
②突然缩小
突然缩小时，流体在顺压强梯度下流动，不
致于发生边界层脱离现象，因此在收缩部分不会 发生明显的阻力损失。但流体有惯性，流道将继 续收缩至O-O面后又扩大。这时，流体在逆压强梯 度下流动，也就产生了边界层分离和漩涡。因此 也就产生了机械能损失，由此可见，突然缩小造
流通截面积 d 4 润湿周边长
对长a，宽b为的矩形管道：
ab d e 4 2a b
当a＞3b时，此式误差比较大。
对于外管内径为d1，内管外径为d2的套管环
隙
π 2 2 d1 d 2 4 d e 4 d1 d 2 π d1 d 2
• 一套管换热器，内管与外管均为光滑管， 直径分别为垆 30x2.5mm与 56X3mm。平 均温度为400C的水以每小时10m3的流量流 过套管的环隙。试估算水通过环隙时每米 管长的压强降。
流体流动阻力
一、流体阻力的来源
流体具有黏性。 运动着的流体内部相邻两流体层间的 相互作用力，称为流体的内摩擦 力，——流体黏性的表现。 （1）流体流动时必须克服内摩擦力 而作功，将流体的一部分机械能转变 为热能而损失掉，这就是流体运动时 造成能量损失的根本原因。 （2）当流体流动激烈呈紊乱状态时， 流体质点流速的大小与方向发生急剧 的变化，质点之间相互激烈地交换位 置，也会损耗机械能，而使流体阻力 增大，因此，流体的流动状态是产生 流体阻力的另一原因。 （3）管壁的粗糙程度、管子的长度 和管径的大小也对流体阻力有一定的 影响。
流流截面流
（1-25）
b a
润润润边长度 ①对于边长为a和b的矩形截面de为 a b de
ab 2ab = de = 4 × 2( a + b ) a + b
②对于套管环隙，若外管的内径为d1,内管的外径为d2, 则de 为 π 2 2 (d1 − d 2 ) = d1 − d 2 de = 4 × 4 π (d1 + d 2 ) 注意： 注意：不能用当量直径来计算非圆形管子或设备的截面流。
duρ Re = （1-24）无单位
µ
圆形直管中： 圆形直管中：Re ≤2000时为层流； Re ≥4000时为湍流； Re在2000~4000的范围内为过渡区。
例 1-17 20℃的水在内径为50mm管内流动，流 速为2m/s。试计算雷诺数，并判断管中水的流 动类型。 解：已知d=0.05m，u=2m/s，从本书附录中查 得水在20℃时，ρ=998.2kg/m3,µ=1.005×10-3 Pa·s。则
qv 3.73 × 103 / 3600 u= = = 0.77 m/s 2 2 ρA 1150 × 0.785 × (0.046 − 0.025 )
化工原理练习题含答案
《化工原理》复习材料0绪论0.1单元操作所说的“三传”是指__动量传递___、___热量传递__和___质量传递__。
0.2任何一种单位制都是由__基本单位__和__导出单位__构成的。
0.3重力单位制的基本单位是__长度__、__时间__和__力__。
0.4绝对单位制的基本单位是__长度__、__时间__和__质量__。
第一章 流体流动一、填空题1.1.流体静力学方程式仅适用于__连通着__的，__同一种连续__的，不可__压缩__静止流体。
1.2圆形直管内，流体体积流量一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的___16___倍；高度湍流时h f 是原值的___32___倍（忽略d ε变化的影响）。
1.3流量V q 增加一倍，孔板流量计的孔口速度为原来的____2__倍，转子流量计的阻力损失为原来的____1__倍，孔板流量计的阻力损失为原来的__4__倍，转子流量计的环隙通道面积为原来的____2__倍。
1.4流体在圆形管道中做层流流动，如果只将流速提高一倍，则阻力损失为原来的___2___倍，如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的_0.25__倍。
1.5处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是__静止的___、_连通着的__、__同一种连续的液体__。
流体流动时，要测取管截面上的流速分布，应选用___皮托管______流量计测量。
1.6如果流体为理想流体且无外加功的情况下，单位质量流体的机械能衡算式为__常数=++ρp u gz 22_；单位重量流体的机械能衡算式为_常数=++gp g u z ρ22_；单位体积流体的机械能衡算式为___常数=++p u gz 22ρρ_。
1.7有外加能量时，以单位体积流体为基准的实际流体伯努利方程为__∑+++=+++f s h p u gz W p u gz ρρρρρρ2222121122___，各项单位为___Pa____。
第三讲 流体的流动阻力
层流
(a)
过渡流
(b)
湍流
(c)
两种稳定的流动状态：层流（滞流）、湍流。
层流：
* 流体质点做直线运动；
* 流体分层流动，层间不相混合、不碰撞； * 流动阻力来源于层间黏性摩擦力。 湍流： 主体做轴向运动，同时有径向脉动；
特征：流体质点的脉动 。
过渡流：
不是独立流型（层流+湍流），
流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。
非 牛 顿 型 流 体
Ⅱ 胀塑性流体：表观黏度随速度梯度的增大而增大。 淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。 Ⅲ 黏塑性流体：当应力低于τ 流动与牛顿型流体一样。 τ
0 0
时，不流动；当应力高于τ 0时， 称为屈服应力。
如纸浆、牙膏、污水泥浆等。
Ⅳ 触变性流体：表观黏度随时间的延长而减小，如油漆等。 Ⅴ 黏弹性流体：既有黏性，又有弹性。当从大容器口挤出时， 挤出物会自动胀大。 如塑料和纤维生产中都存在这种现象。
p1 p2 1 1 2 R u u r dA u 2 rdr r 8L A R 2
因此
1 u u max 2
（3） 湍流时的速度分布和剪应力
① 湍流描述
主要特征：质点的脉动 瞬时速度= 时均速度+ 脉动速度
u
' uA
uA
O tC 点A处流体质点的速度脉动曲线示意图 t
二、 流体的流动现象
1. 雷诺实验
为了解流体在管内流动状 况及影响因素，雷诺设计的实
验可直接观察到不同的流动形
态。实验装置如图所示。
C
墨水流线
D
B
A 玻璃管
流速不大时墨水呈一条直线，平稳流过管，质 点彼此平行的沿着
第四讲流体的流动阻力
第四节 流体的流动阻力
四,流体直管阻力损失的计算
3. 湍流时的摩擦因数 湍流时的摩擦因数 因次分析法 第一步:析因试验——寻找影响过程的主要因素 第一步:析因试验——寻找影响过程的主要因素 —— 第二步:无因次化——减少变量数 第二步:无因次化——减少变量数 —— 第三步:数据处理——实验结果的正确表达 第三步:数据处理——实验结果的正确表达 ——
1883年英国著名科学家雷诺(Osborne Reynolds)进行的实验 ——雷诺实验
流动型态
层流:流速较小时,可看到一条稳定的直线. 层流:流速较小时,可看到一条稳定的直线.表明 此时流体各个质点互不混杂, 此时流体各个质点互不混杂,平行于管轴向 前运动. 前运动. 过渡流:随着流速的增加,有颜色的直线开始出现 过渡流:随着流速的增加, 波浪. 波浪. 湍流:速度再增大,流体质点不仅沿管轴运动, 湍流:速度再增大,流体质点不仅沿管轴运动,而 且还做不规则的横向运动. 且还做不规则的横向运动.
le /d
17 35 75 50 2 2
名称
闸阀(全开) 闸阀(半开) 标准阀(全开) 标准阀(半开) 止逆阀(球式) 止逆阀(摇板式)
ζ
0.17 4.5 6.0 9.5 70.0 2.0
le /d
9 225 300 475 3500 100
�
第四节 流体的流动阻力
三,边界层的概念
1. 边界层的形成与发展
第四节 流体的流动阻力
三,边界层的概念
2. 边界层的分离
第四节 流体的流动阻力
四,直管阻力损失的计算
1. 直管阻力损失的计算通式
直管阻力: 直管阻力:流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力.
l u2 Wf = λ d 2
流体流动阻力实验报告
流体流动阻力实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过测量不同流速下流体通过不同形状截面管道时的流动阻力，探究流体流动阻力与流速、管道形状的关系，从而加深对流体力学的理解。
二、实验原理。
1. 流体流动阻力。
当流体通过管道流动时，由于管壁的摩擦力和管道内部的涡流等原因，会产生一定的阻力，称为流体流动阻力。
2. 流体流动阻力系数。
流体流动阻力系数与流速、管道形状等因素有关，通常用Reynolds数来表征，即Re=ρVD/μ，其中ρ为流体密度，V为流速，D为管道直径，μ为流体粘度。
不同形状的管道在不同流速下，其流动阻力系数也会有所不同。
三、实验装置。
1. 实验装置包括流速测量装置、管道系统、压力传感器、数据采集系统等。
2. 流速测量装置采用激光多普勒测速仪，能够准确测量流体通过管道的流速。
3. 管道系统包括不同形状截面的管道，用于测量不同形状管道的流动阻力。
四、实验步骤。
1. 将不同形状截面的管道依次连接到流速测量装置上，并通过数据采集系统记录流体通过管道的流速。
2. 调节流速测量装置，分别测量不同流速下流体通过不同形状管道的流速和压力。
3. 根据测得的数据，计算流体流动阻力系数，并绘制流速与流动阻力的关系曲线。
五、实验结果与分析。
1. 通过实验测得不同形状管道在不同流速下的流动阻力系数，发现在相同流速下，不同形状管道的流动阻力系数存在明显差异。
2. 经过分析发现，流体流动阻力系数与管道形状、流速等因素密切相关，其中流速对流动阻力系数的影响较大。
3. 实验结果与理论分析基本吻合，验证了流体流动阻力与流速、管道形状的关系。
六、实验结论。
1. 流体流动阻力与流速、管道形状密切相关，流速越大、管道形状越复杂，流动阻力越大。
2. 实验结果可为工程实践提供参考，对流体在管道内的流动阻力有一定的指导意义。
七、实验总结。
本实验通过测量不同形状管道在不同流速下的流动阻力系数，探究了流体流动阻力与流速、管道形状的关系，加深了对流体力学的理解。
流体流动阻力
流体流动阻力测定实验一、实验目的1.1掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。
1.2测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线。
1.3测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。
1.4学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。
1.5识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、实验原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。
流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。
流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。
2.1直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：2221udlppphffλρρ=−=Δ= （1）即， 22lupdfρλΔ= （2）式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m；fpΔ—流体流经l米直管的压力降，Pa；fh—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg；ρ—流体密度，kg/m3；l —直管长度，m；u —流体在管内流动的平均流速，m/s。
滞流(层流)时，64=λ（3）μρdu=Re （4）式中：Re —雷诺准数，无因次；μ—流体粘度，kg/(m·s)。
湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数，须由实验确定。
由式（2）可知，欲测定λ，需确定l、d，测定、u、ρ、μ等参数。
l、d 为装置参数（装置参数表格中给出），ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到。
fpΔ例如本装置采用涡轮流量计测流量V（m3/h）。
2900dVuπ= (5)fpΔ可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
（1）当采用倒置U型管液柱压差计时(6) gRpfρΔ=式中：R－水柱高度，m。
（2）当采用U型管液柱压差计时()gRpfρρΔ−=0 (7)式中：R－液柱高度，m；0ρ－指示液密度，kg/m3。
水力计算手册 第一版
水力计算手册第一版《水力计算手册》第一版前言：水力计算是涉及到水力学基本原理和应用的一门学科，它在水利工程、环境工程和水产养殖等领域中有着广泛的应用。
本手册旨在提供一份系统而实用的水力计算参考指南，涵盖了水流力学、水力传动与控制、流体力学实验方法等方面的基本知识和计算公式。
本手册的编写旨在帮助工程师和科研人员快速准确地进行水力计算，提高工程设计效率和精确度。
目录：1. 水流力学基础1.1. 流体的物理性质1.2. 流体静压力1.3. 流体动力学基本方程1.4. 流体流动的能量方程1.5. 流体阻力与摩擦阻力1.6. 水流的重力流动1.7. 水流的非重力流动2. 水力传动与控制2.1. 水力传动的基本原理2.2. 水力泵与水力液力机械2.3. 水力传动系统的分析与优化2.4. 水力控制阀的设计与应用2.5. 水力传动系统的故障诊断与排除3. 流体力学实验方法3.1. 流体力学实验的基本原理3.2. 流体力学实验的设备与仪器3.3. 流体力学实验的数据处理与分析3.4. 流体力学实验的误差分析与校正4. 水力计算实例4.1. 水力计算模型的建立4.2. 水力计算实例的分析与计算4.3. 水力计算结果的验证与评估附录：常用的物理量单位换算表本手册的编写经过了认真的审校和校对，但难免还存在不足之处。
在使用过程中，如果您发现任何问题或有任何建议，请及时与我们联系。
我们将不断完善和更新本手册，以更好地满足用户的需求。
最后，衷心感谢所有对本手册编写和出版提供帮助和支持的人员和单位。
希望本手册能够为广大工程师和科研人员的工作带来便利，并推动水力计算领域的发展。
祝愿大家在水力计算的路上取得更大的成就！版权所有，翻版必究。
1.3.流体流动中的守恒原理
1 2 p zg u Const. 2
1 2 p z u Const. 2g g
0
2 u2 2 g
2 u1 2 g
p2 g
H
p1 g
2 z2
1
（3）柏努利方程式有3种表达形式
具有的位能、动能和静压能 ；
1 2 zg、 、 u ——某截面上单位质量流体所 2
p
We、Σ hf ——在两截面间单位质量流体获得 或消耗的能量。
圆形管道 ：
u1 A2 d 2 u2 A1 d 1
2
即：不可压缩流体在管路中任意截面的流速
与管内径的平方成反比 。
例1-5-1如图所示的输水管道，管内径为 d1=2.5cm, d2=10cm, d3=5cm, (1)当流量为4L/s，各管段的平均流速为多少？ (2)当流量增至8L/s或减增至2L/s，平均流速如何 变化？
截面宜选在已知量多、计算方便处。
（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也 应一致，即同为绝压或同为表压。
工程应用
1 Pa R
2
1.测风速 由1-1至2-2列方程 得： a 2 u 2 2
2
压差计： Pa =P2+ρigR 可得：
2(a 2 ) i u2 2gR
4.确定容器的相当位置
例1-7 如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽 中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液 管为φ38×2.5mm的钢管，要求 送液量为5m3/h。设料液在管内
的能量损失为30J/kg（不包括出
口能量损失），试问高位槽的液 位要高出进料口多少米？已知 料液密度ρ为850kg/m3.
1 2 p1 1 2 p2 z1 g u1 z2 g u2 2 2
流体流动阻力实验报告
流体流动阻力实验报告一、引言流体力学是研究流体在运动中产生的力学效应的学科，而流体流动阻力是流体力学中的一个重要研究内容。
了解流体流动阻力的特性和影响因素对于工程设计、流体输送和能源消耗的优化具有重要意义。
本实验旨在通过测量流体流动阻力以及探究影响因素，来深入了解流体流动阻力的特性。
二、实验目的1. 了解流体流动阻力的概念和计算方法；2. 探究不同条件下流体流动阻力的变化规律；3. 分析影响流体流动阻力的因素。
三、实验原理流体流动阻力是流体在运动中受到的阻碍力，其大小与流体的速度、粘度、密度以及物体的形状和表面粗糙度等因素有关。
根据流体力学理论，流体流动阻力可用以下公式表示：F = 0.5 * ρ * A * C * V^2其中，F为流体流动阻力，ρ为流体密度，A为物体的参考面积，C 为阻力系数，V为流体的速度。
四、实验步骤1. 准备实验设备和材料：流体流动装置、流体、测力计、测速仪等；2. 搭建实验装置，确保流体流动的稳定和可控性；3. 测量物体参考面积A；4. 调节流体流动速度V，并测量流体流动阻力F；5. 改变流体流动速度V，重复步骤4，记录不同速度下的流体流动阻力；6. 改变物体的形状或表面粗糙度，重复步骤4和5，记录不同条件下的流体流动阻力。
五、实验结果与分析根据实验数据，计算不同速度下的流体流动阻力，并绘制流体流动阻力与速度的关系曲线。
通过分析曲线，可以得出以下结论：1. 流体流动阻力随流体速度的增加而增加，呈现出二次方关系；2. 流体流动阻力与物体形状和表面粗糙度有关，形状更为流线型的物体和表面更光滑的物体阻力较小。
六、实验误差分析在实验过程中，由于实验装置和测量仪器的精度限制、流体的粘性和压力变化等因素的影响，实验结果可能存在一定的误差。
为了减小误差，可以采取以下措施：1. 提高实验装置和测量仪器的精度；2. 重复实验多次，取平均值以减小随机误差；3. 控制实验条件，尽量减小系统误差。
流体流动阻力计算公式
流体流动阻力计算公式好嘞，以下是为您生成的关于“流体流动阻力计算公式”的文章：咱先来说说啥是流体流动阻力。
就好比你在河里游泳，水会对你有阻力，让你游得没那么轻松；又或者家里的水管里水流淌的时候，也会遇到阻碍。
这就是流体流动阻力。
那怎么计算这个阻力呢？这就得提到一些公式啦。
常见的流体流动阻力计算公式有达西-韦斯巴赫公式（Darcy-Weisbach Equation），这公式看起来有点复杂，但是别怕，咱们慢慢说。
它是这样的：$h_f = \frac{f L v^2}{2gD}$ 。
这里面的$h_f$ 表示沿程水头损失，$f$ 叫摩擦系数，$L$ 是管道长度，$v$ 是平均流速，$g$ 是重力加速度，$D$ 是管道直径。
比如说，有一根长长的水管，水在里面哗哗地流。
咱们知道了水管的长度、直径，水的流速，还有通过一些实验或者经验确定了摩擦系数，就能用这个公式算出水流在这根水管里受到的阻力有多大啦。
我记得有一次，在学校的实验室里，我们做了一个关于流体流动阻力的实验。
那时候，大家都兴奋又紧张，围着实验设备，眼睛一眨不眨地盯着。
老师在旁边耐心地指导我们，告诉我们怎么测量水管的各种参数，怎么准确地记录数据。
我们小组负责的是测量水流的速度。
拿着那个小小的流速计，心里还挺忐忑，就怕测错了影响整个实验结果。
小心翼翼地把流速计放到水管里，眼睛紧紧盯着读数，然后赶紧记下来。
等所有的数据都测完，开始用公式计算的时候，那心情，就跟等待考试成绩似的。
算出来结果一看，和预期的差不多，大家都欢呼起来。
那种通过自己的努力，运用知识得到答案的感觉，真的太棒了！再来说说局部阻力的计算。
局部阻力可不像沿程阻力那么“听话”，它的情况更复杂一些。
比如说管道突然变粗或者变细了，水流拐弯了，或者有阀门、三通这些东西，都会产生局部阻力。
计算局部阻力常用的方法有阻力系数法和当量长度法。
阻力系数法就是通过乘以一个阻力系数来计算局部阻力损失，而当量长度法是把产生局部阻力的部分等效成一段长度的直管，然后用沿程阻力的公式来计算。
实际流体流动时的阻力
使用减阻剂
总结词
在流体中添加减阻剂可以有效减小流 体流动时的阻力。
详细描述
减阻剂是一种添加剂，可以降低流体 内部的摩擦阻力，从而减小流体流动 时的阻力。使用减阻剂需要选择合适 的类型和浓度，以达到最佳的减阻效 果。
05
实际应用案例
管道输送系统中的阻力控制
管道输送系统是实际流体流动中最为常见的应用场景之一， 其中阻力控制是关键因素。为了确保流体能够顺利流动并减 少能量损失，需要对管道的长度、直径、弯曲角度等进行合 理设计，以降低流体流动时的阻力。
阻力的来源与分类
阻力的来源
流体的阻力主要来源于流体内部的粘性摩擦力和流体与边界之间的摩擦力。此外，流体的惯性力、重力和外部力 等也会对流体的运动产生影响，从而产生阻力。
阻力的分类
根据阻力产生的原因和特征，可以将阻力分为沿程阻力和局部阻力。沿程阻力是由于流体在运动过程中受到粘性 摩擦力和惯性力的作用而产生的阻力；局部阻力则是由于流体流经管道中的突然扩大或缩小、阀门、弯头等局部 构件时，流体的方向、速度或压力发生急剧变化而产生的阻力。
02
发展更精确的数值模拟和实验测量方法，以更准确地预测和测量流体 流动阻力。
03
探索新型减阻技术和材料，以降低流体流动阻力，提高能源利用效率 和流体输送效率。
04
加强跨学科合作，将流体动力学、材料科学、化学工程等多学科知识 应用于流体流动阻力的研究中，以推动相关领域的发展。
THANKS
感谢观看
流速
流速越大，流体的阻力越大。因 为流体在高速流动时会产生更大 的摩擦力和涡旋，导致阻力增加 。
压力
压力越大，流体的阻力越大。因 为压力增加会使流体更加紧密地 贴合管壁，增加摩擦力。
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粘度的单位: SI制：Pa· 或 kg/(m· s s) 物理制：cP(厘泊）
s 换算关系: 1cP＝10-3 Pa·
3.2 流体的流动型态 一、雷诺实验
层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质 点无径向脉动，质点之间互不混合；(a) 湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉 动，各质点速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。 (c)
du/dy ——法向速度梯度，1/s；
μ ——比例系数，称为流体的粘度，Pa· 。 s 粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。
f ( p, T )
液体 : 气体 : 超高压:
f (T )
T↑→↓ T↑→↑
f (T )
f ( p, T ) p ↑ →
↑
减少流动阻力的途径： 管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯； 尽量不安装不必要的管件和阀门等； 管径适当大些。
例1-8 如图所示，料液由常压高位槽
流入精馏塔中。进料处塔中的压力 为0.02Mpa（表压），送液管道为 φ45×2.5mm、 长8 m的 钢管 。管路 h 中装有180°回弯头一个，全开标准 截止阀一个，90°标准弯头一个。 塔的进料量要维持在5m3/h，试计算 高位槽中的液面要高出塔的进料口 多少米？
非圆形管内的流动阻力
流通截面积 A ＝4 当量直径： d e 4 润湿周边
套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2
de 4
d 4
2 2
d
2 1
d 2 d 1
d 2 d1
边长分别为a、b的矩形管 ab 2ab de 4 2(a b) a b
1. 突然扩大
A1 2 —1
u1 — 小管中的大速度
2. 突然缩小
(
A2 1) 2 A0
0 0.5
u 2 小管中的大速度
2 u2 hf 2
3. 管进口及出口 进口：流体自容器进入管内。 ζ进口 = 0.5 进口阻力系数 出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 ζ出口 = 1 4 . 管件与阀门 出口阻力系数
二、流型判据—雷诺准数
Re
判断流型:
du
雷诺准数
Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；
Re≥4000时，出现湍流，此区称为湍流区；
2000<Re<4000 时，流动可能是层流，也可能是湍
流，该区称为不稳定的过渡区。
判据的适用条件：管内流动的流体。
3.3 直管阻力
l u2 hf J/kg d 2
—直管阻力通式（范宁Fanning公式）
—摩擦系数（摩擦因数）
l u2 压头损失： Hf d 2g
m
流体摩擦阻力损失计算式对层流、湍流均适用， 只是摩擦系数计算式不同。
3.3.1 层流时的阻力计算
p
32lu
2 d
( Pa)
—哈根-泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程
能量损失： h f
第三节 流体流动阻力
直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于摩擦而产 生的阻力； 局部阻力：流体流经管件、阀门、仪表等局部地方由 于流速大小及方向的改变而引起的阻力。
3.1 流体的粘度 .
du F A dy
.
或
du dy
F dy u u＋du
式中：F——内摩擦力，N；
τ ——剪应力，Pa；
λ 与Re无关，只与 d 有关 。 d 一定时，h f u 2
该区又称为阻力平方区。
经验公式 ：
（1）柏拉修斯（Blasius）公式：
0.3164 Re 0.25
1
适用光滑管 Re＝5×103～105
（2）考莱布鲁克（Colebrook）公式：
2 18.7 1.74 2 log d Re
pa
（1）层流区（Re≤ 2000） λ 与
d无关，与Re为直线关系，即
64 Re
h f u ,即与u的一次方成正比。
（2）过渡区（2000<Re<4000) 将湍流时的曲线延伸查取λ 值 。 （3）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域）
f (Re, d )
（4）完全湍流区 （虚线以上的区域）
说明： （1）Re与hf中的直径用de计算。 （2）层流时：
C Re
qv 0.785d e
正方形
C＝57
套管环隙 C＝96
（3）流速用实际流通面积计算。
u
2
3.4 局部阻力 一、阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。
u2 hf 2
J/kg m
或
u2 Hf 2g
ζ —局部阻力系数
二、当量长度法
将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直
径相同、长度为Le 的直管所产生的阻力 。
le u 2 hf d 2
le u 2 或 Hf d 2g
Le — 管件或阀门的当量长度，m。
总阻力：
l l e u 2 l u2 h f ( ) d 2 d 2
p
32lu
d
2
J/kg
层流时阻力与速度的一次方成正比。
变形： h f
32lu
d
2
64 l u 2 64 l u 2 du d 2 Re d 2
64 比较得： Re
3.3.2 湍流时的阻力计算
莫狄（Moody）摩擦因数图：
管子相对粗糙度
层流时，管内全部为层流，λ与ε/d 无关； 湍流时，层流内层厚度δ； δ>ε，水力光滑管，λ与Re有关，与ε/d 无关； δ~ε，λ与Re、ε/d 都有关； δ<ε，完全湍流粗糙管；λ与Re无关；与ε/d 有关.