风速分布系数:断面上平均风速与最大风速v的比值称为风速分布系数 (速度场系数),用K表示: Ky= max 巷壁愈光滑,K值愈大,即断面上风速分布愈均匀。 砌碹巷道,K=0.8~0.86;木棚支护巷道,K=0.68~0.82; 无支护巷道,K=0.74~0.81。 第二节摩擦风阻与阻力 、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时,由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面 之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。 由流体力学可知,无论层流还是紊流,以风流压能损失来反映的摩擦 阻力可用下式来计算: Pa h=n D 2 λ一无因次系数,即摩擦阻力系数,通过实验求得。 d-圆形风管直径,非圆形管用当量直径;
风速分布系数：断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数 (速度场系数)，用Kv表示： 巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。 砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82； 无支护巷道，Kv=0.74～0.81。 第二节 摩擦风阻与阻力 一、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面 之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。 由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦 阻力可用下式来计算： Pa λ－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。 d—圆形风管直径，非圆形管用当量直径； 2 · 2 v d L hf = max v v Kv =
尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中,沿程能量损失一方面(内因)取决于粘滞 力和惯性力的比值,用雷诺数Re来衡量;另一方面(外因)是固体壁 面对流体流动的阻碍作用,故沿程能量损失又与管道长度、断面形状 及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。 1932~1933年间,尼古拉兹把经过筛分、粒径为E的砂粒均匀粘贴 于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度,称为绝对糙度;绝对糙 度E与管道半径r的比值E/r称为相对糙度。以水作为流动介质、 对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种 不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理,在对数坐标纸 上画出λ与Re的关系曲线,如图32-1所示。 结论分析: 区——层流区。当Re<2320(即lgRe<3.36)时,不论管道粗糙度如 何,其实验结果都集中分布于直线上。这表明A与相对糙度E/r无 关,只与R有关,且λ=64/R与相对粗糙度无关
1．尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞 力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）是固体壁 面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道长度、断面形状 及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。 1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀粘贴 于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙 度ε与管道半径r的比值ε/r 称为相对糙度。以水作为流动介质、 对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种 不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸 上画出λ与Re的关系曲线，如图3-2-1所示。 结论分析： Ⅰ区——层流区。当Re＜2320(即lgRe＜3.36)时，不论管道粗糙度如 何，其实验结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r无 关，只与Re有关，且λ=64/Re。与相对粗糙度无关
区—过渡流区。2320≤阳≤4000(即3.36≤1gR≤3.6),在此区 间内,不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有 的实验点几乎都集中在线段上。λ随Re增大而增大,与相对糙 度无明显关系。 Ⅲ区—水力光滑管区。在此区段内,管內流动虽然都已处于紊流 状态(Re>400),但在一定的雷诺数下,当层流边层的厚度大 于管道的绝对糙度ε(称为水力光滑管)时,其实验点均集中在 直线Ⅲ上,表明λ与E仍然无关,而只与Re有关。随着Re的增大, 相对糙度大的管道,实验点在较低Re时就偏离直线Ⅲ,而相对糙 度小的管道要在R较大时才偏离直线Ⅲ。 Ⅳ区—紊流过渡区,即图中Ⅳ所示区段。在这个区段内,各种不 同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线,λ值既与R有关, 也与E/r有关
Ⅱ区——过渡流区。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，在此区 间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有 的实验点几乎都集中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大，与相对糙 度无明显关系。 Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流 状态(Re＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ大 于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在 直线Ⅲ上，表明λ与ε仍然无关，而只与Re有关。随着Re的增大， 相对糙度大的管道，实验点在较低Re时就偏离直线Ⅲ，而相对糙 度小的管道要在Re较大时才偏离直线Ⅲ。 Ⅳ区——紊流过渡区，即图中Ⅳ所示区段。在这个区段内，各种不 同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，λ值既与Re有关， 也与ε/r有关。 δ ε
∨区—水力粗糙管区。在该区段,Re值较大,管内液流的层流边 层已变得极薄,有ε>>δ,砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心 中,故R对λ值的影响极小,略去不计,相对糙度成为A的唯 影响因素。故在该区段,λ与R无关,而只与相对糙度有关。摩 擦阻力与流速平方成正比,故称为阻力平方区,尼古拉兹公式: 1.74+2u2)
Ⅴ区——水力粗糙管区。在该区段，Re值较大，管内液流的层流边 层已变得极薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心 中，故Re对λ值的影响极小，略去不计，相对糙度成为λ的唯一 影响因素。故在该区段，λ与Re无关，而只与相对糙度有关。摩 擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式： 2 1.74 2lg 1 + = r
2.层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导出摩擦阻力计算 式 32L 64L H=p·V Re Re 可得圆管层流时的沿程阻力系数:元 64 古拉兹实验所得到的层流时λ与R的关系,与理论分析得到的关系 完全相同,理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。 3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动,λ=f(Re,E/r),关系比较复杂。用当量直径 d=4s/代替d,代入阻力通式,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力 计算式: 1·pLU2x.pLU 8 S 8 S
2．层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算 式： ∵ μ=ρ·ν ∴ 可得圆管层流时的沿程阻力系数： 古拉兹实验所得到的层流时λ与Re的关系，与理论分析得到的关系 完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。 3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，λ=f (Re，ε/r)，关系比较复杂。用当量直径 de=4S/U代替d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力 计算式： v d L hf 2 32 = Vd Re = 2 · · 64 2 v d L Re hf = Re 64 = 2 3 2 8 8 Q S LU v S LU hf = =