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1、 1. 牛顿粘性定律第四节 流体的流动阻力一、流体的粘度uFu=0内摩擦力运动着的流体内部相 邻两流体层之间的相互作用力。粘性流体抵抗相邻流体层发生相 对运动的性质称为流体的粘性。确定 流体流动时内摩擦力大小的物理性 质。粘度当流体流动的速度梯度等于 1时，单位面积上由于流体的粘性所产 生的内摩擦力的大小。粘度的单位未 Pas (SI制)或 P(泊，物理制)。衡量流体粘性大小的物理量。 2. 非牛顿型流体牛顿型流体与非牛顿型流体特性类型典型举例特点剪应力表达式牛顿型流体气体、水、大多数液体剪应力正比于法向速度梯 度非 牛 顿 型 流 体塑性流体牙膏、泥浆、油墨等剪应力超过某临界值后才 能流动，
2、剪应力正比于法 向速度梯度假塑性流体高分子溶液、油漆等表观粘度随速度梯度的增 大而降低涨塑性流体塑料溶液，高固体含量的 悬浮液等表观粘度随速度梯度的增 大而增加第四节 流体的流动阻力二、流体流动的类型 （层流与湍流）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。 表明此时流体各个质点互不混杂，平行 于管轴向前运动。过渡流：随着流速的增加，有颜色的直线开始 出现波浪。 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。 45lgHflguabcdelguclguc雷诺数的物理意义 雷诺数：由影
3、响流型的管径d、流速 u 和流体的粘 度、密度等因素组成的无因次数群 ,以Re表示。雷诺数的物理意义为流体 流动时惯性力与粘性力之比.层流：Re2000湍流：Re2000粘性力：使流体保持层流的趋势。惯性力：使流体做不规则的自由运动，流动趋于湍流。边界层概念 在工程上，通常把流速为零的壁面到流速等于主体流速u的99%处之间的区域称为边界层。 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1. 直管阻力损失的计算通式第四节 流体的流动阻力四、直管阻力损失的计算范宁(Fanning)公式直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内
4、摩擦而产生的阻力。2.流体层流时的速度分布和摩擦因数第四节 流体的流动阻力四、直管阻力损失的计算哈根泊谡叶(Hagen-Poiseuille)方程 3. 湍流时的速度分布和摩擦因数第四节 流体的流动阻力四、直管阻力损失的计算湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化；过渡层：分子粘度与湍流粘度相当；层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。（1）湍流时的速度分布第四节 流体的流动阻力四、流体直管阻力损失的计算圆管内层流与湍流的比较项 目层流湍流剪应力速度分布平均速度动能第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算（2） 湍流时的摩擦因数
5、常见工业管道的绝对粗糙度金属管e /mm非金属管e /mm无缝黄铜管、铜管及铝管0.010.05干净玻璃管0.0015 0.01新的无缝钢管或镀锌铁管0.1 0.2橡皮软管0.01 0.03新的铸铁管0.3木管道0.25 1.25具有轻度腐蚀的无缝钢管0.2 0.3陶土排水管0.45 6.0具有显著腐蚀的无缝钢管0.5以上很好整平的水泥管0.33旧的铸铁管0.85以上石棉水泥管0.03 0.8第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算3. 湍流时的摩擦因数因次分析法第一步：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三步：数据处理实验结果的正确表达摩擦系数雷诺数Re相对粗
6、糙度/d0.0000010.000010.000050.00020.00060.0020.0060.010.020.05光滑管层流湍流完全湍流过 渡 区第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算3. 湍流时的摩擦因数经验公式Re=(5100)103柏拉修斯（Blasius)公式Re=(4105)103e/d=110-60.05柯尔布鲁克（Colebrook)公式1. 阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数。 第四节 流体的流动阻力五、局部阻力局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的 改变而引起的阻力。 2. 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 。常见管件及阀门的阻力系数及当量长度53名称zle /d名称zle /d45标准弯头0.3517闸阀(全开)0.17990标准弯头0.7535闸阀(半开)4.5225180回弯头1.575标准阀(全开)6.0300标准三通管150标准阀(半开)9.5475管接头0.042止逆阀(球式)70.03500活接头0.042止逆阀(摇板式)2.0100
