水力直径水力半径当量直径
水力直径
水力直径、水力半径、当量直径(2010-11-10 23:52:28)1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。
非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。
两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。
两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。
这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。
计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。
显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。
另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。
2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。
物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。
最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。
简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。
对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。
从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。
我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。
对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。
对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。
换热器答辩部分问题
1.换热器热力计算的目的答：①决定换热器流程形式②根据换热面积来选择标准型号换热器2.换热器水力设计概述（压降）答：包括管程压降和壳程压降管程压降包括进出口管处压降，回弯压降，沿程压降壳程压降包括进出管管口压降，折流板压降，管束压降3.换热系数由哪几部分影响答：由管程换热系数，壳程换热系数，冷却水污垢热阻，热流体污垢热阻影响追问：公式中h1，h2，r1，r2分别代表什么答：h1：壳程导热系数h2：管程换热系数r1:热流体污垢热阻r2：冷却水污垢热阻4.换热系数与导热系数区别？答：换热系数是三种传热方式同温差之间的对应关系的总称。
换热系数等于换热量除以温差，除以面积导热系数等于导热量除以温差，除以面积换热量=导热量+传热量+辐射热量+热耗散总体来说物体换热系数小于等于导热系数5.当量直径含义答：把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径。
数值上等于4倍有效面积除以湿周。
追问：水利直径与当量直径的区别答：水力半径＝截面面积/湿周长度。
水力直径＝4*水力半径=4*截面面积/湿周长度。
水力直径是非圆形截面管道等效成圆形截面管道的一个几何尺寸，用于计算雷诺数，判断管道内流体是层流还是湍流状态。
当量直径是指，在压力损失相等的前提下，非圆形截面管道与圆形截面管道的一个等效直径。
通常是靠实验总结出的经验公式获得。
对于圆管，水力直径和当量直径都等于截面直径。
但对于其他截面形状，这二者是相差很大的。
6.逆流平均温差表达式答:ʌt=(t大—t小）/ln(t大/t小）=[(热水进口温度—冷却水出口温度）—（热水出口温度—冷却水入口温度）]除以ln [(热水出口温度—冷却水出口温度）/(热水出口温度—冷却水入口温度）追问：为什么要采用温度修正系数答:设计的换热器不是纯粹的顺流或者逆流，既有逆流又有顺流。
它的本质是混合流，所以不能用逆流温差代表实际温差。
而顺流温差小于逆流温差，在此换热器中逆流占主导地位，所以温度修正系数略小于1，大概在0.8到0.9之间。
当量直径计算公式
当量直径计算公式当量直径指的是等效于圆形截面面积的直径。
在计算管道等直径时，我们通常使用以下公式来计算当量直径：当量直径（De）=(4×管道截面积)/(周长)为了理解这个公式的推导过程和应用，我们将对其进行详细解释。
首先，我们需要明确各个符号的含义：-当量直径（De）：等效于管道截面面积的直径，以米（m）为单位。
-管道截面积：管道内截面的面积，以平方米（m²）为单位。
-周长：管道内侧表面的周长，以米（m）为单位。
根据几何学的定义，当量直径可以视为一个与实际直径相等的圆形截面的直径，使其面积等于管道截面的面积。
这个公式的推导过程如下：1.假设管道的截面形状为一个矩形或正方形。
2.我们知道，矩形的面积可以通过长（L）与宽（W）相乘来计算：管道截面积=L×W。
3.通过测量矩形边的长度并求和，我们可以得到周长：周长=2×(L+W)。
4.然后，我们假设这个等效的圆形截面的直径为De，该圆形截面的面积可以通过圆的面积公式计算：圆形截面面积=π×(De/2)²。
现在我们可以使用上述公式计算当量直径：将上述两个等式相等，我们可以得到：π×(De/2)²=L×W根据管道截面的面积公式，L×W的值等于管道截面积。
所以，我们可得：π×(De/2)²=管道截面积通过进一步求解，我们可以将该等式化简为以下形式：De=(4×管道截面积)/(π×d)其中，d是实际直径。
上述公式是计算当量直径的基本方法。
它适用于各种管道形状，包括圆形、矩形、方形等。
根据上述公式，我们可以通过测量管道截面的实际直径和周长，计算出当量直径。
这对于确定管道的等效大小和对其进行设计和分析非常有用。
需要注意的是，上述公式只适用于理想条件下的计算。
在实际应用中，由于管道内部可能存在粗糙度或边界条件等因素的影响，计算结果可能会存在一定的偏差。
流体力学15
一、水力半径 水力半径：过流断面面积和湿周之比。
R A
湿周:过流断面上流体和固体壁面接触的周界。
第七节 非圆管的沿程损失
■圆管的水力半径为
A
d 2
d 4 R d 4
■边长为a和b矩形断面水力半径为
R A
ab 2(a b)
■边长为a的正方形断面的水力半径为
适用范围：
0.1m R 3.0m,0.011 n 0.04
第七节 非圆管的沿程损失
谢才系数与沿程阻力系数的关系为
C 8g
1.断面面积为A＝0.48m2的正方形管道，宽为 高的三倍的矩形管道和圆形管道。求 （1）分别求出它们的湿周和水力半径； （2）正方形和矩形管道的当量直径。 解： （1）求湿周和水力半径 1）正方形管道
边长 湿周 水力半径
a A 0.48 0.692m
4a 4 0.692 2.77m
R A
0.48 0.174m 2.77
2）矩形管道
面积 所以边长
湿周 水力半径
A a b a 3a 3a 2 A 0.48m 2
a A 0.4m 3
相对粗糙度为
由莫迪图可查得
0.0176
故沿程损失（用压强表示）
l v 2 pf d 2
l v 2 30 1.14142 pf 0.0176 157.3kPa d 2 0.375 2
b 3a 3 0.4 1.2m
2(a b) 2(0.4 1.2) 3.2m
0.48 R 0.15m 3.2 A
流体力学知识点
一、填空题1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。
2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水和空气等。
4．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。
5．流体受压，体积缩小，密度增大的性质，称为流体的压缩性；流体受热，体积膨胀，密度减少的性质，称为流体的热胀性。
6．压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量，以E 来表示。
7．１工程大气压等于98kPa ，等于10m 水柱高，等于735mm 汞柱高。
8．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。
9．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。
10．静止非均质流体的水平面是等压面、等密面和等温面。
11．测压管是一根玻璃直管或U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。
12．作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。
13．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。
14．静压、动压和位压之和以z p 表示，称为总压。
15．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。
16．由紊流转变为层流的临界流速k v 小于由层流转变为紊流的临界流速kv '，其中k v '称为上临界速度，k v 称为下临界速度。
17．对圆管来说，临界雷诺数值=k Re 2300。
18．圆管层流的沿程阻力系数仅与雷诺数有关，且成反比，而和管壁粗糙无关。
19．根据λ繁荣变化特征，尼古拉兹实验曲线可分为五个阻力区，分别是层流区；临界区；紊流光滑区；紊流过渡区和紊流粗糙区。
20．速度的大小、方向或分布发生变化而引起的能量损失，称为局部损失。
21．正方形形断面管道(边长为a)，其水力半径R 等于4a R =，当量直径de 等于a d e =。
22．湿周是指过流断面上流体和固体壁面接触的周界。
23．不可压缩流体的空间三维的连续性微分方程是0=∂∂+∂∂+∂∂zu y u x u zy x 。
圆管的水力直径
圆管的水力直径1. 引言圆管的水力直径是指流体在管道中流动时，与管道内壁发生摩擦时所产生的能量损失与管道截面积之比。
它是描述流体在管道中流动过程中能量损失程度的重要参数。
了解圆管的水力直径对于设计和优化管道系统具有重要意义。
2. 水力直径的定义水力直径是通过将圆形截面转换为等效矩形截面而得到的一个参数。
它定义为四倍的截面面积除以湿周长。
水力直径可以用数学公式表示为：D_h = (4A) / P其中，D_h表示水力直径，A表示截面面积，P表示湿周长。
3. 水力直径与雷诺数雷诺数是描述流体在运动过程中惯性力和黏性力相对重要性的一个无量纲参数。
它可以通过以下公式计算得到：Re = (ρVD_h) / μ其中，Re表示雷诺数，ρ表示流体密度，V表示平均流速，μ表示流体粘度。
当雷诺数较小（小于2300）时，称为层流；当雷诺数较大（大于4000）时，称为紊流；在两者之间的过渡区域称为过渡流。
水力直径与雷诺数密切相关，可以通过水力直径的计算来确定流体在管道中的流动状态。
4. 水力直径的应用4.1 流体阻力计算水力直径可以用于计算圆管中的流体阻力。
根据Darcy-Weisbach公式，流体阻力可以表示为：ΔP = f (L / D_h) (ρV^2) / 2其中，ΔP表示压降，f表示摩擦系数，L表示管道长度。
通过将圆管转换为等效矩形截面，可以利用水力直径来计算流体阻力。
4.2 流速分布和剪切应力分布由于摩擦作用，流体在管道中的速度分布是不均匀的。
通过水力直径可以推导出速度分布和剪切应力分布的解析表达式，从而进一步了解流体在管道中的行为。
4.3 管道系统设计与优化在进行管道系统设计与优化时，了解圆管的水力直径是非常重要的。
通过合理选择管道尺寸和减小摩擦损失，可以降低能量消耗、提高系统效率并减少管道维护成本。
5. 实际案例以某市自来水管道系统为例，假设管道直径为0.5米，流量为10立方米/秒，流体密度为1000千克/立方米，流体粘度为0.001帕·秒。
水力直径、水力半径、当量直径
1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。
非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。
两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。
两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。
这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。
计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。
显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。
另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。
2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。
物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。
最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。
简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。
对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。
从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。
我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。
对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。
对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。
3. 所谓的“当量直径（equivalent diameter）”？之所以打个问号，盖因不知其中文的原始出处。
流体力学考试复习资料考点
一、流体力学及其研究对象流体：液体和气体的总称。
流体力学：是研究流体的科学，即根据理论力学的普遍原理，借助大量的实际资料，运用数学和实验方法来研究流体的平衡和运动规律及其实际应用的一门科学。
流体力学研究的对象：液体和气体流二、流体的力学特性1、流体与固体的区别主要在于受剪应力后的表现有很大的差异。
固体－－能承受剪应力、压应力、张应力，没有流动性。
流体－－只能承受压应力，不能承受拉力和剪力，否则就会变形流动，即流体具有流动性。
2、液体与气体的主要差别在于受压后的表现上的差异。
液体：受压后体积变化很小，常称不可压缩流体；液体的形状随容器的形状而变，但其体积不变。
气体：受压后体积变化很大，常称可压缩流体；气体的形状和体积都随容器而变。
注：气体的体积变化小于原体积的20%时，可近似看作不可压缩流体。
1.1.1流体的密度1、流体密度的定义及计算定义：单位体积流体的质量，以ρ表示，单位为kg／m3（1）均质流体：标态（2）混合流体：混合气体：混合液体：2、流体的密度与温度、压力的关系（1）液体：工程上，液体的密度看作与温度、压力无关。
（2）气体：与温度和压力有关。
理想气体：或工业窑炉：P=P0分析：t↑ρ↓；t↓ρ↑1.1.2流体的连续性流体的连续性：流体看成是由大量的一个一个的连续近质点组成的连续的介质，每个质点是一个含有大量分子的集团，质点之间没有空隙。
质点尺寸：大于分子平均自由程的100倍。
连续性假设带来的方便：(1）它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力作用下的宏观机械运动。
(2)能运用数学分析的连续函数工具。
【例题】已知烟气的体积组成百分组成为：H2O12%，CO218%，N270%，求此烟气标态在及200℃的密度。
【解】200℃时的烟气密度：【例题】将密度为1600㎏/m3糖浆按1:1的质量比用清水稀释，求稀释后糖浆溶液的密度。
【解】按题意，糖浆和水各占50%，据公式：1.1.3流体的压缩性和膨胀性1.1.3.1流体的压缩性1、压缩性的定义流体在外力作用下改变自身容积的特性。
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水力直径水力半径当量直
径
The following text is amended on 12 November 2020.
1. 水力直径（hydraulic diameter）的引入水力直径是在管内流动
（internal pipe flow）中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数。
非圆管由于沿湿周的壁面剪切应力（wall shear stress）不是均匀分布，只能计算其沿湿周的平均值。
两种情况的表达式比较起来，可以很直观的得到一个比拟，即A/P ~ r/2。
两边同时乘以4，有4A/P ~ 2r（= D）。
这样就将非圆管的4倍截面积除以湿周和圆管的真实直径在水力学意义上等效起来。
计算雷诺数时，对圆管显然是取直径做特征长度的，从而4A/P也就可以作为非圆管的特征长度，称之为“水力直径”。
显然圆管其本身的真实直径也就是水力直径，从物理意义上即可看出，简单的几何关系也易证。
另一个很好的例子是拟无限宽（W >> H）的平行板间流动，其水力直径应近似取2倍的板间距（2H）而不是板间距本身。
2. 水力半径（hydraulic radius）的引入与前者看似关联实则使用场合迥异。
物理来源是相同的，但是其引入的目的是为明槽流动（open-channel flow）取一个合适的特征长度。
最典型的是半圆截面明槽流（或者管内流但是只有下半圆截面积有流体），显然其特征长度取为真实半径r，也即半圆明槽流的水力半径等于真实半径r。
简单数学计算可得，对于半圆明槽流，其A/P = r。
对于其他形状的明槽流，同样定义A/P为其特征长度，称为“水力半径”。
从数学上看，对某一截面形状而言，“水力直径是水力半径的4 倍”这个关系是成立的，但是从物理意义上讲这个关系没有意义。
我们不会同时计算某一种流动的水力直径和水力半径。
对于管内流只用水力直径来表征，而明槽流则只用水力半径来表征。
对应于上段的那个例子，假如去掉两平行板中的上面一块，则流动变成拟无限宽明槽流，其特征长度应取水力半径，近似等于水深H而不是原来的2H。
3. 所谓的“当量直径（equivalent diameter）”之所以打个问号，盖因不知其中文的原始出处。
不知道是不是哪本国内教材上的提法呢有混淆概念的嫌疑。
按英文的翻译，就是水力直径4个字足矣，用当量直径的提法实无必要也不够准确。
相反，如果是从英文equivalent diameter翻译过来的当量直径，则具有不同于以上水力直径的物理意义。
其引入是为了便于求非圆截面管的水头损失情况，将其等效于某直径的圆管，而两者具有相同的水头损失。
这个概念有助于工程上列表查表算水头损失用，跟为了确定雷诺数而取的特征长度————水力直径则完全不是一码事。
流体力学中另外一种equivalent diameter的定义是针对多相流的，比如固体颗粒，将非规则形状的颗粒等效为具有相同体积的圆球体，则对应的圆球直径就是所谓当量直径。
显然这个定义与本讨论无关就是了，呵呵4. 如何区分的建议其一，坚决无视“水力直径”和“水力半径”二者名字的相似以及计算式上的“直观”的倍数关系，而是从物理意义上来区分。
对管内流动，我们绝不考虑水力半径；而对明槽流动，也不去算水力直径。
虽然从数学上能求出管内流的水力半径和明槽流的水力直径，但都是没有物理意义的东西。
其二，无视所谓“当量直径”的提法，只提水力直径和hydraulic diameter。
否则写成英文，老外估计是搞不懂的。
如前所述，英文中的equavilent diameter 有很多用处和意义，却绝没有等同于hydraulic diameter的意思。