紊流水頭損失

紊流水頭損失

處於紊流狀態的流體在運動過程中由於受到沿程阻力的作用,會損失一部分能量,稱為紊流水頭損失。 按照粗糙管的不同,可按下圖的公式計算: 工業管道阻力係數的計算計算時引入“當量粗糙高度”,把工業管道的粗糙折算成人工粗糙。

處於紊流狀態的流體在運動過程中由於受到沿程阻力的作用,會損失一部分能量,稱為紊流水頭損失。
紊流水頭損失分為兩部分,即沿程水頭損失和局部水土損失,下面分別介紹。

沿程水頭損失

沿程水頭損失公式

紊流的沿程水頭損失可採用達西-魏斯巴赫公式
λ與雷諾數Re及Δ/d有關。Δ為管壁粗糙度高度,d為圓管的直徑。

尼古拉茲實驗

1933年德國科學家尼古拉茲在圓管內壁貼上上經過篩分具有相同粒徑(即絕對粗糙度Δ)的砂粒,製成人工均勻顆粒粗糙的管道,得出了反映圓管流動情況的試驗結果,得出了 λ=f(Re,Δ/d)的規律。尼古拉茲實驗雖然不能完全用於工業管道,但是它全面揭示了不同流態情況下 λ和雷諾數Re及相對粗糙度Δ/d的關係,從而說明確定λ的各種經驗公式和半經驗公式有一定的適用範圍。

人工粗糙管沿程阻力係數半經驗公式

沿程阻力係數的半經驗公式是從研究斷面流速分布著手,綜合普朗特理論和尼古拉茲實驗結果推出的。
按照粗糙管的不同,可按下圖的公式計算:

工業管道阻力係數的計算

計算時引入“當量粗糙高度”,把工業管道的粗糙折算成人工粗糙。當量粗糙高度是指和工業管道粗糙管區λ值相等的同直徑人工粗糙管的粗糙高度。
為了簡化計算,1944年莫迪在柯列布魯克公式的基礎上,繪製了工業管道λ的計算曲線,即莫迪圖,可按Re及相對粗糙度 Δ/d直接查的λ值。

阻力係數的經驗公式

1)希夫林松公式


2)舍維列夫公式
3)謝才公式

局部水頭損失

工業管道中,經常在管道中間設有異徑管、三通、閘閥、彎道、格柵等部件或其他構築物。在這些局部阻礙處均勻流遭到破壞,引起流速分布的急劇變化,從而形成形狀阻力和摩擦阻力,由此產生局部水頭損失。

產生的原因

邊界層分離和漩渦區得存在是造成局部水頭損失的主要原因。

過水斷面突然擴大的水頭損失計算

有管徑A1到管徑A2過水斷面突然擴大,其水頭損失計算公式如下:

由於局部障礙的形式繁多,水力現象及其複雜,除少數幾種情況可以用理論結合實驗計算外,其餘都僅由實驗測定。

沿程水頭損失實例計算

已知鑄鐵管直徑d=25cm,長為700m,通過流量為56L/s,水溫為10C°,求水頭損失。
解:計算過程以及結果如下圖所示

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們