湍流区摩擦系数通用计算式
流体流动自测题及答案Word版
流体流动⾃测题及答案Word版流体流动⼀、填空题1．某设备的真空表读数为200 mmHg，则它的绝对压强为____________mmHg。
当地⼤⽓压强为101.33 103Pa.2．在静⽌的同⼀种连续流体的内部，各截⾯上__________与__________之和为常数。
3．法定单位制中粘度的单位为__________，cgs制中粘度的单位为_________，它们之间的关系是__________。
4．⽜顿粘性定律表达式为_______，它适⽤于_________流体呈__________流动时。
5．开⼝U管压差计是基于__________原理的测压装置，它可以测量管流中___________上的___________或__________。
6．流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是_____________形曲线，中⼼最⼤速度为平均速度的________倍。
摩擦系数与_____________⽆关，只随_____________加⼤⽽_____________。
7．流体在圆形直管内作湍流流动时，摩擦系数λ是_____________函数，若流动在阻⼒平⽅区，则摩擦系数是_____________函数，与_____________⽆关。
8．流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____________。
邻近管壁处存在_____________层，Re值越⼤，则该层厚度越_____________9．实际流体在直管内流过时，各截⾯上的总机械能_____________守恒，因实际流体流动时有_____________。
10．测速管测得的是管道中_____________速度，孔板流量计测得的是_____________速度。
可从_____________上直接读出被测流体的体积流量。
11．测速管和孔板流量计均属于_____________型流量计，是⽤_____________来反映流量的。
流体阻力系数
流体阻力系数一个物体在流体（液体或气体）中和流体有相对运动时，物体会受到流体的阻力。
阻力的方向和物体相对于流体的速度方向相反，其大小和相对速度的大小有关。
在相对速率v 较小时，阻力f的大小与v 成正比：f = kv式中比例系数k 决定于物体的大小和形状以及流体的性质.在相对速率较大以致于在物体的后方出现流体漩涡时,阻力的大小将与v平方成正比。
对于物体在空气中运动的情形,阻力f = CρAv v/2式中，ρ是空气的密度,A 是物体的有效横截面积，C 为阻力系数。
物体在流体中下落时，受到的阻力随速率增大而增大，当阻力和重力平衡时，物体将以匀速下落。
物体在流体中下落的最大速率称为终极速率，又称为收尾速率。
对在空气中下落的物体，它的终极速率为：如图关键字：2.2.4 流体流动阻力的计算流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。
化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是管件、阀门等。
相应流体流动阻力也分为两种：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；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。
1. 流体在直管中的流动阻力如图1-24所示，流体在水平等径直管中作定态流动。
在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程，因是直径相同的水平管，若管道为倾斜管，则由此可见，无论是水平安装，还是倾斜安装，流体的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。
把能量损失表示为动能的某一倍数。
令则（2-19）式（2-19）为流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁（Fanning）公式。
式中为无因次系数，称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。
根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式：压头损失（2-20）压力损失 (2-21)值得注意的是，压力损失是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差意义不同，只有当管路为水平时，二者才相等。
流体在管内流动阻力的计算
流体在管内流动阻⼒的计算第四节流体在管内流动阻⼒的计算⼀、压⼒降—流动阻⼒的表现流动阻⼒产⽣的根本原因——流体具有粘性，所以流动时产⽣内摩擦⼒。
如图1—11所⽰，在贮槽下部连接的⽔平管上开两个⼩孔（A、B），分别插⼊两个竖直敞⼝玻璃管，调节出⼝阀开度，观察现象：1) 当调节阀关闭时，即流体静⽌时，A、B管中液⾯⾼度与贮槽液⾯平齐（可⽤静⼒学⽅程解释）。
2) 当打开阀门，流体开始流动后，发现A管液⾯低于贮槽液⾯，⽽B管液⾯⼜低于A管液⾯。
3) 随着流速继续增⼤，A、B管液⾯⼜继续降低，但A仍⾼于B，分析如下：上述现象可⽤柏努利⽅程解释，分别取A、B点为截⾯，列柏努利⽅程： ++=Z2+++说明：（1）流体在⽆外功加⼊，直径不变的⽔平管内流动时，两截⾯间的压差与流动阻⼒⽽引起的压强降数值相等。
（2）若流体流动的管⼦是垂直或倾斜放置的，则两截⾯间的压差与流动阻⼒⽽引起的压强降数值不相等。
⼆、流体在圆型直管中阻⼒损失的计算通式流体在圆管内流动总阻⼒分为直管阻⼒（⼜称沿程阻⼒）和局部阻⼒两部分。
其中直管阻⼒是流体流经⼀定管径的直管时，由于流体的内摩擦⽽产⽣的阻⼒，这⾥讨论它的计算。
范宁（Fanning）公式是描述各种流型下直管阻⼒的计算通式。
（1—30）或（1—30a）式中λ——摩擦系数，⽆因次。
说明：（1）层流时，；（2）湍流时，。
利⽤范宁公式计算阻⼒时，主要问题是λ的确定。
（⼀）层流时λ的求取利⽤⽜顿粘性定律可推导出（1—31）则（1—32）（1—32a）式（1—32）及（1—32a）称为哈根—泊谡叶⽅程，是流体层流时直管阻⼒的计算式，它是有严格理论依据的理论公式。
（⼆）湍流时的确定由于湍流过程中质点运动情况复杂，所以尚⽆严格理论为依据，的求取⼀般采⽤经验式或⼯程图，这⾥介绍查取⽅便的图（摩擦因⼦图），如图1-12所⽰。
图 1—12 图该图中曲线分成四个区：层流区、过渡区、湍流区和完全湍流区。
1. 层流区即,在双数坐标中为⼀条直线，此时⽆关。
不可压缩流体管道阻力损失计算
不可压缩流体管道阻力损失计算袁佳多表示。
管道阻力损失与下列因素有关：管道越长，损失越大；管径越小，损失越大；流速越大，损失越大；物料粘度越大，损失越大；管道内壁粗糙度越大，损失越大[1]。
在绝大多数工厂，特别是轻工类工厂均会有液体（大多数液体可视为不可压缩流体）输送。
输送过程中，因为大部分液体具有黏性，流动时会产生内摩擦，进而产生流动阻力；流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，因此在流体输送过程中需对管道阻力损失进行有效分析计算，以选取最经济的管道及输送泵，实现合理的流体输送工况，本文主要阐述不可压缩流体（大部分液体）管道阻力损失的计算。
1. 不可压缩流体定义流体的可压缩性通常用体积压缩系数β来表示。
其意义为在一定温度下，外力每增加一个单位时，流体体积的相对缩小量或β值越大，流体越容易被压缩。
可压缩流体：β≠ 0 的流体为可压缩流体，气体在一般情况下是可压缩流体；不可压缩流体：β= 0 的流体为不可压缩流体，大多数液体可视为不可压缩流体。
需要指出，实际流体都是可压缩的，不可压缩流体乃是为便于处理密度变化较小的某些流体所作的假设而已[2]。
2.阻力损失分类流体管路阻力损失主要分为直管阻力损失和局部阻力损失。
直管阻力损失又称沿程阻力损失，它是指因流体在管道内流动时，由于同管壁发生摩擦以及流体本身的内部摩擦造成的机械能损失；流体经过弯头、三通、变径管、阀门等管件时，流动状态会发生急剧改变，即出现转向、加速、撞击、旋涡、变形等情况造成的机械能损失称之为局部阻力损失。
对阻力损失作此划分是因为两种不同阻力损失起因于不同的外部条件，也是为了工程计算及研究的方便，但这并不意味着两者有质的不同。
此外，应注意将直管阻力损失与固体表面间的摩擦损失相区别。
固体摩擦仅发生在接触的外表面，而直管阻力损失发生在流体内部，紧贴Calculation of Resistance Loss in Incompressible Fluid Pipeline6566管壁的流体层与管壁之间并没有相对滑动。
绝对粗糙度
某些工业管材的绝对粗糙度约值
绝对粗糙度，mm 0.010.05 0.10.2 0.3 0.20.3 0.5 以上 0.85 以上 非 金 属 管 管 道 类 别 干净玻璃管 橡皮软管 木管道 陶土排水管 很好整平的水泥管 石棉水泥管 绝对粗糙度，mm 0.00150.01 0.010.03 0.251.25 0.456.0 0.33 0.030.8
3、摩擦系数的确定
层流时摩擦系数：流体作层流流动时，与 ε /d无关，摩擦系数只是雷诺准数的函数
64 Re
哈根-伯稷叶方程：流体在圆直管内作层流流 动时的阻力计算式 ul h f 32 2 d
湍流时摩擦系数：
①使用经验公式计算：各种经验公式， 均有一定的适用范围，可参阅有关资料。 ②查莫狄（Moody）图：可以方便地根 据Re与ε /d值从图中查得各种情况下的 λ 值。
hf = Hf g
Δpf =ρhf =ρHf g
知识补充
非圆形直管的流动阻力计算
实验表明，对于非圆形截面的通道，可以用一个与圆 形管直径d相当的“直径”来代替，称作当量直径， 用de表示。当量直径等于4倍水力半径rH。
4 流体流通截面 de 4 水力半径 流体润湿周边总长度
2
4 68
0.00000 0.000001
讨论: 1.层流区:
Re 2000
f (Re) Re/ 64
λ 随Re增大而减小,并不意味着此时阻力随流速增大而 下降，而只是说明在层流时阻力损失正比于速度的一次. 2.过渡区: 3.湍流区:
2000 Re 4000
—— 一次方定律
le——当量长度，m，由实验测定，某些管件与阀门的当量长度也
化工原理整理知识点
第一章 流体传递现象➢ 流体受力：表面力和体积力体积力/场力/质量力：为非接触力，大小与流体的质量成正比表面力：为接触力，大小与和流体相接触的物体（包括流体本身）的表面积成正比， ➢ 流场概念：场和流场；矢量场和标量场；梯度第一节 流体静力学1-1-2 压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
压力的单位（1） 按压力的定义，其单位为N/m 2，或Pa ；（2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
标准大气压的换算关系：1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O 压力的表示方法表压 = 绝对压力－大气压力 真空度 = 大气压力－绝对压力 1-1-3 流体静力学基本方程 静力学基本方程：压力形式 ：)(2112z z g p p -+=ρ能量形式 ：gz p g z p 2211+=+ρρ适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。
（1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置和流体的密度有关，而与该点所在的水平位置和容器的形状无关。
（2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。
液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。
（3）物理意义：静力学基本方程反映了静止流体内部能量守恒与转换的关系，在同一静止流体中，处在不同位置的位能和静压能各不相同二者可以相互转换，但两项能量总和恒为常量。
应用：1. 压力和压差的测量 （1）U 形压差计：gR p p )(021ρρ-=- 若被测流体是气体，可简化为：021ρRg p p ≈-U 形压差计也可测量流体的压力，测量时将U 形管一端与被测点连接，另一端与大气相通，此时测得的是流体的表压或真空度。
（2）倒U 形压差计 ρρρRg Rg p p ≈-=-)(021（3）双液体U 管压差计)(21C A Rg p p ρρ-=- 2. 液位测量3. 液封高度的计算第二节 流体动力学1-2-1 流体的流量与流速 一、流量体积流量V S 单位时间内流经管道任意截面的流体体积， m 3/s 或m 3/h 。
液体在管道内流动时,流量连续性方程
流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。
如图所示，理想液体在管道中恒定流动时，由于它不可压缩(密度不变)，在压力作用下，液体中间也不可能有空隙，则在单位时间内流过截面1和截面2处的液体的质量应相等，故有，即式中A1、A2——截面1、2处的截面积；图1流量连续性原理式(1)即为流量连续性方程。
它说明理想流体在管道中作恒定流动时，流经管道每一个截面的流量是相等的(这就是流量连续性原理)，并且同一管道中各个截面的平均流速与过通流截面面积成反比。
显然，在液压传动系统中，液压缸内的流速最低，而与其连通的进、出油管由于其直径要小得多，故管内液体的流速也就比液压缸内的流速快得多。
流体静力学流体的压力绝大气表绝大气真p绝=p大气+p表p绝=p大气−p真流体的密度ρ=mVρ:kg/m3气体密度（压力不太高，温度不太低）：绝对压力，摩尔质量，气体的物质的量，pV=nRT=mMRTρ=mV=pMmRTp:绝对压力，kPaMm:摩尔质量，kg/kmoln:气体的物质的量，kmolR:8.314理想气体标况下即T⊖=273.15K,p⊖=101.325时,摩尔体积为ρ⊖=M22.4流体的比体积单位质量流体的体积v=Vm=1ρv:m3/kg静力学基本方程式p=p0+ρghh=p−p0ρg•适用于气体和液体•液体密度可视为常数，而气体密度随容器高低变化甚微，也可视为常数管内流体流动的基本方程式流量与流速流量体积流量qV:单位时间内流体流经管路任一截面的体积称为体积流量，单位：m3/s质量流量qm:单位时间内流体流经管路任一截面的质量称为质量流量，单位：kg/sqm=ρqV流速平均流速u:单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离，简称流速，m/s。
u=qVA,qV=Au,A=πd24,d=qV0.785uqm=ρqV=ρAu质量流速w:单位时间内流体经管路截面的质量，单位为kg/(m2⋅s)ω=qmA=ρAuA=ρu连续性方程与伯努利方程式连续性方程在连续稳定的不可压缩流体的流动中ρAu=qm=Cu1u2=(d2d1)2若流体不可压缩，ρ=CAu=C伯努利方程式gz+pρ+u22=C伯努利方程式的物理意义•gz为单位质量(1kg)流体所具有的位能。
化工原理基本概念
定态流动：流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动非定态流动：若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化，则称为非定态流动。
牛顿粘性定律：对于一定的流体，内摩擦力F 与两流体层的速度差.u d 成正比，与两层之间的垂直距离dy 成反比，与两层间的接触面积A 成正比，即dy u d A F .μ= （1-26） 式中：F ——内摩擦力，N ；dyu d .——法向速度梯度，即在与流体流动方向相垂直的y 方向流体速度的变化率，1/s ； μ——比例系数，称为流体的粘度或动力粘度，Pa ·s 。
一般，单位面积上的内摩擦力称为剪应力，以τ表示，单位为Pa ，则式（1-26）变为 dy u d .μτ= （1-26a ） 式（1-26）、（1-26a ）称为牛顿粘性定律，表明流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。
牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，包括所有气体和大多数液体。
非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体，如高分子溶液、胶体溶液及悬浮液等。
本章讨论的均为牛顿型流体。
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；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，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。
雷诺数Re ：流体的流动类型可用雷诺数Re 判断。
μρud =Re （1-28）Re 准数是一个无因次的数群。
大量的实验结果表明，流体在直管内流动时，（1） 当Re ≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；（2） 当Re ≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；（3） 当2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，与外界干扰有关，该区称为不稳定的过渡区。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
湍流区摩擦系数通用计算式
《湍流区摩擦系数通用计算式》是一种用于计算湍流区摩擦系数的通用计算式，它是根据流体动力学的原理和实验结果推导出来的。
该公式可以用来估算湍流区摩擦系数，并且可以应用于任何流体介质。
湍流区摩擦系数通用计算式为：Cf=1/2*[1-exp(-2*K)]，其中K=Re*D/V，Re为流体的雷诺数，D为管道内径，V为流体的流速。
该公式在实际应用中，可以用来估算湍流区摩擦系数，并且可以应用于任何流体介质。
它可以用来估算管道内部的流动特性，并且可以用来计算管道内的流体流动阻力。
湍流区摩擦系数通用计算式可以用来估算管道内部的流动特性，并且可以用来计算管道内的流体流动阻力，从而为设计和操作流体管道系统提供参考。
《湍流区摩擦系数通用计算式》是一种用于计算湍流区摩擦系数的通用计算式，它可以用来估算管道内部的流动特性，并且可以用来计算管道内的流体流动阻力，为设计和操作流体管道系统提供参考。