用沿程阻力系数计算式57页PPT
水力学课件(6)沿程阻力
vK d
vK Re K d
vK Re K d
下临界雷诺数实验得出 Rek=2300，是一个相当稳定 的数值，与外界扰动几乎无关。
vd 层流： Re Re K 2300 vd 紊流： Re Re K 2300
4.2 实际液体运动的两种形态
4.2.3 流态的判别准则——临界雷诺数
第 四 章 水 流 阻 力 与 水 头 损 失
当量直径
d e =4R
非圆管
2 1 1
R=
p1 v p2 = z2 z1 vd e v (4 R ) 2g Re=
p1 1v
2 1
z1
二、公式：
v hm 2g
2
ζ — 局部阻力系数，通常由实验确定
4.1 沿程水头损失和局部水头损失
4.1.2 局部水头损失
第 四 章 水 流 阻 力 与 水 头 损 失
4.1 沿程水头损失和局部水头损失
4.1.3 水头损失叠加原理 流段两断面间的水头损失可以表示为两断面间的 第 四 所有沿程水头损失和所有局部水头损失的总和。
hω
水 流 阻 力 与 水 头 4.1.1 沿程水头损失 损 一、定义： 失
水头损失：由于水流阻力做负功所引起的 产生阻力内因:液体的粘滞性和惯性 产生阻力外因:固体边界对液体的阻滞和扰动作用
沿程阻力：当限制流动的固体边界,使液体做均匀流 动时，水流阻力只有沿程不变的切应力。
4.1 沿程水头损失和局部水头损失
章 水 流 阻 力 与 水 头 损 失
h h fi hmj
i 1 j 1
m
n
管道沿程阻力测定 ppt课件
2015年4月7日
ppt课件
17
实验目的
ppt课件
18
实验原理
理想流体平行绕流圆柱体作无环量流动时， 圆柱体表面的速度分布规律是：
（1）
圆柱体表面上任一点的压力p，可由伯努里 方程得出 ：
ppt课件
（2）
19
实验原理
工程上习惯用无因次的压力系数cp来表示流体作用在 物体上任一点的压力，由（1）式和（2）式可得到绕 圆柱体流动的理论压力系数：
本科生教学课程
Nanjing, China
管道沿程力测定
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1
实验目的
1.通过实验了解影响沿程阻力的因素。 2.找出沿程阻力系数与雷诺准则的关系
λ =f(Re)。
3.学会将实验得到的数据整理成经验公式的 方法。
ppt课件
2
实验原理
沿程阻力：流体流经一定管径的直管时，由于 流体内摩擦力而产生的阻力。
ppt课件
14
数据处理
实验段管径 d ＝
㎝
实验段管长 l ＝ 85 ㎝
对在层流段的数据进行计算，用实验数据计算的沿程阻力系数λ与理论值 进行比较。
层流
（5）
用紊流段的数据进行计算，在对数坐标纸上绘制λ=f (Re) 曲线。由于λ 值较小，故在对数坐标纸上绘制时，纵坐标用100λ值，横坐标用Re值。
实验管道。
ppt课件
9
实验设备
旁通管与旁通阀
由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小流量时有可 能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免 这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管(图中 未标出)，通过分流可使水泵持续稳定的运行。旁通管中 设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀门，实验流 量随旁通阀开度减小(分流量减小)而增大。实际上旁通 阀又是本实验装置用以调节流量的重要阀门之一。
管路沿程阻力计算
管路沿程阻力计算1.摩擦阻力：在流体流动中，由于流体与管道壁之间的摩擦力，使得流体流动速度逐渐减小，产生摩擦阻力。
根据代表性的达西-魏泽巴赫公式，可以计算流体在管道中的摩擦阻力。
ΔP=λ(L/D)(ρV^2/2)其中，ΔP为单位管长上的摩擦阻力损失，λ为摩擦系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为流体密度，V为流速。
2.沿程局部阻力：在管道流动中，由于管道内部存在一些特殊设计或结构，导致流体流动时发生局部阻力。
根据达西-魏泽巴赫公式，可以计算管道局部阻力。
ΔP=K(ρV^2/2)其中，ΔP为单位管长上的沿程局部阻力损失，K为局部阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。
3.管道弯曲阻力：在管道中，当流体流过弯曲部分时，会受到弯曲的影响，产生较大的阻力。
根据经验公式，可以计算管道弯曲阻力。
ΔP=K(ρV^2/2)其中，ΔP为单位管长上的弯曲阻力损失，K为弯曲阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。
这些阻力形式在实际管道中经常同时存在，因此需要综合考虑计算总阻力。
通常采用经验公式、实验数据或数值模拟等方法进行计算。
在实际工程中，一般可以通过试验或计算得到相应的阻力系数，并且根据阻力计算公式，结合流体参数，来计算管路沿程阻力。
在实际应用中，管路沿程阻力的计算是非常重要的，它影响到管道系统的工作效率和输送能力。
为了降低阻力损失，有效节约能源，可以采取以下措施：优化管道布局，减少管道弯曲和局部阻力；选择合适的管道材料和直径，减小摩擦阻力；采用流体增压、注入润滑剂等方法来减小摩擦阻力。
总之，管路沿程阻力的计算是管道工程中的一个重要环节，通过合理地计算和设计，可以提高管道系统的效率和安全性，降低能源消耗。
沿程阻力系数λ计算公式(二)
沿程阻力系数λ计算公式(二)沿程阻力系数λ计算公式简介沿程阻力系数λ是流体力学中用来描述流体在管道中流动时受到的阻力的一个参数。
在工程领域广泛应用于管道、管线和管道系统的设计与计算中。
相关计算公式在计算沿程阻力系数λ时，常用的公式有以下几种：1. Darcy–Weisbach公式Darcy–Weisbach公式是一种常用的计算管道阻力的公式，表示为：λ = f * (L / D) * (V^2 / (2g))其中，λ为沿程阻力系数，f为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，V为流体流速，g为重力加速度。
例如，当一条长度为100m，内径为的管道内流体流速为2m/s，摩阻系数为时，可以使用Darcy–Weisbach公式计算出该管道的沿程阻力系数λ：λ = * (100 / ) * (2^2 / (2 * )) =2. Colebrook–White公式Colebrook–White公式是一种用来计算光滑管道中的沿程阻力系数的经验公式，表示为：1 / sqrt(λ) = -2log((ε / ()) + ( / (Re * sqrt(λ))))其中，ε为管道壁面粗糙度，D为管道直径，Re为雷诺数。
例如，当一条内径为的管道，管壁粗糙度为，流体流速为/s时，可以使用Colebrook–White公式计算出该管道的沿程阻力系数λ。
(注意：Colebrook–White公式无法直接求解，需要通过迭代或数值方法计算得出)3. Hazen–Williams公式Hazen–Williams公式是一种常用于计算水流在管道中沿程阻力系数的经验公式，表示为：λ = C * (Q / (C * A))^h其中，λ为沿程阻力系数，C为Hazen–Williams系数，Q为流量，A为管道横截面积，h为水头损失指数。
例如，当一条直径为的管道内水流量为3m³/s，Hazen–Williams 系数为120时，可以使用Hazen–Williams公式计算出该管道的沿程阻力系数λ。
工程流体力学 水力学 课件 第七章
4
B
3
d
2
hf
h j 1
2 l1 u1 l u2 u2 u2 2 2 2 (1 2 ) 1 ( 3 4 ) 2 d1 2 g d2 2g 2g 2g
A 1
2
1-大闸门 2-大弯头 3-变径管 4-小弯头 图7-19 短管管路
令
l d l hw 1 1 1 2 2 2 2 1 2 c d d d 1 2 1
1 尼古拉兹曲线图 （对不同管径、不同流量的管道流动进行了实验 ）
尼古拉兹实验曲线可以分为五个区域：层流区、层流向湍流的过渡区、湍流 水力光滑管区、湍流水力粗糙管过渡区和湍流粗糙管阻力平方区。不同区域 有不同的计算程阻力系数 的经验公式。
(1) 层流区 Re 2300
实验证明：
64 Re
f ( d , l , , , u , )
1 pu a1 d b1 c1 a b c 2 u 2 d 2 2 3 lu a3 d b3 c3 4 u a4 d b4 c4
选取L、M、T作为基本量纲 ，可得到
根据量纲齐次性原理 可得到：
式中 总
l 称为总阻力系数。 d
二、减少阻力损失的措施
1 减小沿程损失
l u2 沿程损失的计算公式为 ： h f d 2g
f (Re, / d )
分析上述两式，可以得到减小沿程损失的途径如下： (l) 减小管道长度。 (2) 合理增大管径。 (3) 降低管壁的当量粗糙度。 (4) 尽可能采用圆管。 (5) 降低流体的黏度。
4
2 u2 可得： hw c 2g
第四章-流动阻力和能量损失ppt课件
p2
g
--（1）
再取图示断面1与2间流体为控
制体，分析其受力：
§4.3 圆管中的层流运动
一、均匀流动方程式
hf
z1
p1
g
z2
p2
g
--（1）
重力：G gAl
断面压力： p1A，p2 A
管壁粘滞阻力： 0.2 r.l
对控制体沿其轴向列动力学方程，由于为匀速运动， 加速度为零，则：
主要是因为固体边界形状突然改变，例“弯头”，“闸门”， “突然扩大”等。
§4.1 沿程损失和局部损失
4．能量损失的叠加原理 能量损失叠加原理：流段两截面间的能量损失为两截面间的所 有沿程损失和所有局部损失的总和。
hl hf hm
二、流动阻力和能量损失的分类
用水头 损失表达 （液体）
沿程水 头损失
§4.2 层流与紊流、雷诺数
三、流态分析 1、涡流的形成 如右图所示
2、层流底层，紊流核心（圆管）的概念 层流底层（viscous sublayer）：圆管作 紊流运动时，靠近管壁处存在着一薄层， 该层内流速梯度较大，粘性影响不可忽略。 紊流核心：粘性底层之外的液流统称为
紊流核心。
§4.3 圆管中的层流运动
一、均匀流动方程式 如右图所示，由恒定总流能量方程式得：
重力： G gAl
z1
p1
g
1v12
2g
z2
p2
g
2v22
2g
hl12
对于均匀流：
断面压力： p1 A，p2 A
管壁粘滞阻力： 0.2 r.l
v1 v2，取1 2 1.0
而： hl12 hf
则：hf
z1
p1
沿程阻力和水头损失ppt课件
hf2
hf3
hj缩
hf4
hj弯
hw＝hf1＋hf2＋hf3＋hf4＋ hf5 + hf6 hj进口＋hj渐扩＋hj收缩＋hj转弯＋hj阀门
hf5 hj阀 hf6 7Βιβλιοθήκη 4-2 液体运动的两种型态
一、雷诺试验
8
雷诺试验 ——揭示了水流运动具有层流与紊流两种流态。 当流速较小时，各流层的液体质点是 有条不紊地运动，互不混杂，这种型 态的流动叫做层流。
11
圆管：直径d是表征断面几何性质的特征长度；
对非圆形断面的管道和渠道：断面特征长度用水力半径表示。
R
A
A：过水断面面积（m2） χ：湿周(m)，断面上液体与固体相接触的边界长度
矩形断面的渠道，χ＝2h+b 矩形管道：χ＝2（h+b）
h
h
b
圆管的水力半径 R d 2 / d d / 4
当Vc’＜V＜Vc时，可以是层流也可以是紊流，液流形态是 不稳定的。例如原来是层流，但在噪声、机械振动、固体表 面粗糙度的影响下，可变为紊流。
10
二、层流与紊流的判别
雷诺数 Re Vd
或
Re VR
Rec 2300
Rec 500
（下）临界雷诺数
Rec
Vc d
Vcd
若Re<Rec，水流为层流， hf V 1.0 若Re>Rec，水流为紊流， hf V 1.75~2.0
1 7
流速分布的七分之一次方定律。
当Re>105时，n采用 1 或 1 或 1 据具体情况而定。 8 9 10
Q
udA
流体运动阻力与损失ppt课件
d.例：一盒形拖车，宽b=2.5m，高h=3m，长 a=10.5m，该拖车在空气〔ρ=1.24kg/m3， υ=0.14cm2/s〕中以v0=27m/s速度行驶，求拖车两边 和顶部的摩擦阻力；假设拖车的阻力系数CD=0.45，求
z1pg 12 v1 g 2 z2pg 22 v2 g 2 hj
列动量方程
p 1 A 2 p 2 A 2 g 2 z 1 z A 2 Q v 2 v 1
hj
v2 v12
2g
由延续性方程 v1A1v2A2
hj
2
1A A12
2v1g2 1
v12 2g
或
hj
A A12
2 1
2v2g2 1
v22 2g
留意：ζ1→v1；ζ2→v2
特例：ζ=1——管道的出口损失系数
〔2〕忽然减少
0.51
A2 A1
ζ→v2
特例：ζ=0.5——管道的入口损失系数
〔3〕渐扩管
hf 8sin21n122v1g2
he
x
k1
12
n
v12 2g
当α≤20°，k=sinα
8sin 21n12k11 n2
ζ→v1
〔2〕λ变化规律——层流底层的变化
2.紊流沿程损失系数 〔1〕紊流光滑区
尼古拉兹光滑区公式
1 2lgRe fRe
2.51
阅历公式：布拉修斯公式
0.3164 Re0.2 5
〔2〕紊流粗糙区
尼古拉兹粗糙区公式
1 2lg3.7d f k
k
d
阅历公式：希弗林松公式
0.11
k
0.2 5
L3v2 L2v
L L
vL
流体力学第五章流动阻力和水头损失PPT课件
vd
d 是圆管直径，v 是断面平均流速， 是流体的运动粘性系数。
实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间 对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动的情况，容易理解：减小 d ，减小 v ，加 大 三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大 雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。
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hw hf hj
§5.2 层流与紊流、雷诺数
1.雷诺实验
D
B
F
E
A
雷诺实验装置如左图所示，由水 箱A、喇叭进口水平玻璃管B、阀 门C、墨水容器D、墨水注入针管 E与颜色水阀门F构成。
C （a）
实验过程中，水箱A中的水位保持恒定，玻璃管B中的水流为恒定流。为了减少干扰， 应适当调整阀门F的开度，使墨水注入针管中的流速与玻璃管B内注入点处的流速接 近。
第3页/共61页
达西—魏斯巴赫公式（5.1）
断面平均流速
管长
hf
l
d
2
2g
l 2
4R 2g
管径
重力加速度
沿程阻力系数
水力半径
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局部水头损失
在流道发生突变的局部区域，流动属于变化较剧 烈的急变流，流动结构急剧调整，流速大小、方 向迅速改变，往往伴有流动分离与漩涡运动，流 体内部摩擦作用增大。称这种流动急剧调整产生 的流动阻力为局部阻力。流体为克服局部阻力而 产生的水头损失被称为局部水头损失或简称局部
在圆管中做层流运动的流层之间的 摩擦切应力τ符合牛顿内摩擦定律
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du du
dy
dr
RJ r J
2
du J rdr 2
风管沿程阻力计算方法
风管沿程阻力计算方法布质风管系统在沿管长方向上还有由于摩擦阻力和局部阻力造成的压力损失。
因为压力损失与风速成正比关系，当气流沿管长方向风速越来越小时，阻力损失也不断下降。
与此同时，风管个标准件以及出风口也存在局部阻力损失。
布质风管系统中以直管为主，系统中三通、弯头及变径很少，一般以沿程阻力损失为主,空气横断面形状不变的管道内流动时的沿程摩擦阻力按下式计算:—-摩擦阻力系数;——风管内空气的平均流速，m/s；—-空气的密度，kg/m3；——风管长度，m；——圆形风管直径（内径），m；摩擦阻力系数是一个不定值，它与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。
根据对纤维材料和布质风管系统的综合性研究得到摩擦阻力系数不大于0。
024（铁皮风管大约0.019）,由于布质风管风管延长度方向上都有送风孔，管内平均风速就是风管入口速度的1/2.由此可见，布质风管风管的延程损失比传统铁皮风管要小的多。
部件局部压损计算当布质风管风管内气流通过弯头、变径、三通等等部件时,断面或流向发生了变化，同传统风管一样会产生相应的局部压力损失:Z：局部压力损失（pa）ξ：局部阻力系数(主要由试验测得，同传统风管中类似）ρ:空气密度（kg/m3)v：风速（m/s）为了减少布质风管系统的局部损失,我们通常进行一定的优化设计：1．综合多种因素选择管经，尽量降低管道内风速。
2．优化异形部件设计，避免流向改变过急、断面变化过快.根据实际工程经验，我们总结出各种布质风管部件的局部阻力值（风速＝8m/s）,如下表：弯头（曲率＝1）等径三通变径（渐缩角30度）静压箱10 pa 12 pa 3 pa 46 pa例如：某超市压损计算说明对于该超市,AHU 空调箱风量为36000CMH，选取编号AHU-14号空调箱系统，主管尺寸为2000*610mm，共有5支支管，支管管径为559mm.选取最长不利环路25米主管+20。
6米支管作为计算依据；1，沿程阻力损失计算：主管：25米, 2000＊610mm，当量直径，支管道：20。
沿程阻力简便计算
第六章 流动阻力和水头损失学习要点：熟练地掌握水头损失的分类和计算、层流与紊流的判别及其流速分布规律；掌握流动阻力的分区划分、各个分区内沿程水头损失系数的影响因素，了解紊流脉动现象及其切应力的特征、人工加糙管道与工业管道实验结果的异同、沿程水头损失系数计算的经验公式、几种特殊的管路附件的局部水头损失系数等。
实际流体具有粘性，在通道内流动时，流体内部流层之间存在相对运动和流动阻力。
流动阻力做功，使流体的一部分机械能不可逆地转化为热能而散发，从流体具有的机械能来看是一种损失。
总流单位重量流体的平均机械能损失称为水头损失，只有解决了水头损失的计算问题，第四章得到的伯努利方程式才能真正用于解决实际工程问题。
第一节 水头损失及其分类流动阻力和水头损失的规律，因流体的流动状态和流动的边界条件而异，故应对流动阻力的水头损失进行分类研究。
一、水头损失分类流体在流动的过程中，在流动的方向、壁面的粗糙程度、过流断面的形状和尺寸均不变的均匀流段上产生的流动阻力称之为沿程阻力，或称为摩擦阻力。
沿程阻力的影响造成流体流动过程中能量的损失或水头损失（习惯上用单位重量流体的损失表示）。
沿程阻力均匀地分布在整个均匀流段上，与管段的长度成正比，一般用f h 表示。
另一类阻力是发生在流动边界有急变的流场中，能量的损失主要集中在该流场及附近流场，这种集中发生的能量损失或阻力称为局部阻力或局部损失，由局部阻力造成的水头损失称为局部水头损失。
通常在管道的进出口、变截面管道、管道的连接处等部位，都会发生局部水头损失，一般用j h 表示。
如图6—1所示的管道流动，其中，ab ，bc 和cd 各段只有沿程阻力，ab f h 、bc f h 、cd f h 是各段的沿程水头损失，管道入口、管截面突变及阀门处产生的局部水头损失，a j h 、bj h 、和c j h 是各处的局部水头损失。
整个管道的水头损失w h 等于各段的沿程损失和各处的局部损失的总和。
沿程阻力系数表
沿程阻力系数表
沿程阻力系数表
沿程阻力（Frictional Drag）：流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦力而产生的阻力，阻力的大小与路程长度成正比。
沿程阻力（直管阻力）损失的计算式中λ——摩擦系数，与雷诺数Re和管壁粗糙度ε有关，可实验测定，也可计算得出。
沿程阻力（Frictional Drag）：流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦力而产生的阻力，阻力的大小与路程长度成正比。
沿程阻力（直管阻力）损失的计算式中λ——摩擦系数，与雷诺数Re和管壁粗糙度ε有关，可实验测定，也可计算得出。
层流时：
2沿程阻力系数的确定方法
对于层流流动，可以严格地从理论推导出来。
对于紊流流动，工程上通过以下两种途径确定：一种是以紊流的半经验理论为基础，结合实验结果，整理成阻力系数的半经验公式；另一种是直接根据实验结果，综合成阻力系数的经验公式。
前者具有更为普遍的意义。
沿程阻力损失：Hf=λ×l/D×ρ×u2/2，其中λ为沿程阻力损失系数，与气体流态、管壁粗糙度、颗粒物含量等有关；l为管道的长度,m；D 为圆管的内直径或非圆管的当量直径,m；ρ为气体的密度，kg/m3；u 为气体的速度，m/s。
由以上参数的涵义可知，当气体中颗粒浓度发生变化时，l、D、ρ和u均不会发生变化，因此气体中的粉尘浓度主要影响的是λ，即沿程阻力损失系数。
为了区分含粉尘颗粒的气体沿程阻力损失系数与纯气体的差异，我们将含粉尘颗粒的气体沿程阻力损失即为λm。