尼古拉兹实验 =64/Bk h=0.316/R 56 3 R 结国小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度 (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 论浏对糙度ε(称为水力光滑管)时,其实验点均集中在直线Ⅲ上,表明A 与:仍然无关,而只与R有关。随着R的增大,相对糙度大的管道,实目 分-验点在较低R时就偏离直线Ⅲ,而相对糙度小的管道要在R较大时才偏 析儿 离直线Ⅲ。 1.74+2lg
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。 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： 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 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。 结 论 分 析 I区 δ ε 2 1.74 2lg 1 + = r 尼古拉兹实验
第二节摩擦风阻与阻力 2.层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导岀摩擦 阻力计算式: 32山 =0·V Re 64LV2 re d p 2 64 可得圆管层流时的沿程阻力系数:=Fe 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
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。 V 32 2 d L hf = Vd Re = 2 V · · 64 2 d L Re hf = Re 64 = 第二节 摩擦风阻与阻力
第二节摩擦风阻与阻力 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: v Np lu 2 np Lt h=2=,p= Q 28S 8 S
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： 2 3 2 2 2 8 8 Q S LU v S v LU d L hf = = = 第二节 摩擦风阻与阻力
第二节摩擦风阻与阻力 摩擦阻力系数与摩擦风阻 1.摩擦阻力系数α 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区,λ 值只与相对糙度有关,对于几何尺寸和支护已定型的井巷, 相对糙度一定,则λ可视为定值;在标准状态下空气密度 p=1.2kg/m3。对上式,令: 8 O l.2 da称为摩擦阻力系数,单位为kg/m3或N.s2/m
8 = 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1．摩擦阻力系数α 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，λ 值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷， 相对糙度一定，则λ可视为定值；在标准状态下空气密度 ρ=1.2kg/m3 。 对上式， 令： α称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4 。 8 = 1.2 0 = 第二节 摩擦风阻与阻力