达西摩擦系数的定义是什么

达西摩擦系数是在达西-韦斯巴赫方程中使用的一个无因次量,用于描述管道或管道的摩擦损失以及明渠流动。优德app热能工程
达西-韦史巴赫方程
在流体优德体育w88官网手机版力学中,达西-韦史巴赫方程是一个现象方程吗主要的水头损失,或压力损失,由于流体摩擦沿给定长度的管道达到平均流速。这个方程适用于充分发展的、稳定的、不可压缩的单相流

达西-韦斯巴赫方程可以写成两种形式(压力损失形式水头损失形式)。水头损失形式为:

主要水头损失-水头形式

地点:

  • Δh =摩擦水头损失(m)
  • fD=达西摩擦系数(无单位)
  • L =管道长度m
  • D =水力直径D (m)
  • G =重力常数(m/s2)
  • V =平均流速V (m/s)

评估达西-韦史巴赫方程洞察影响管道水头损失的因素。

  • 考虑到管道长度或通道翻了一倍,由此产生的摩擦水头损失将加倍
  • 在恒定的流量和管道长度下水头损失与直径的四次方成反比(对于层流),因此减少管道直径一半,水头损失增加了16倍。这是一个非常显著的水头损失增加,并表明了为什么更大直径的管道导致更小的泵功率需求。
  • 由于水头损失大致与流量的平方成正比,那么如果流量翻倍,水头损失增加了四倍
  • 水头损失减少一半(用于层流)时液体的粘度降低了一半
资料来源:donebysecondlaw在英文维基百科,CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4681366
来源:donebysecondlaw在英文维基百科,CC BY-SA 3.0,
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除了达西摩擦系数,每一项(流速,水力直径(管子的长度)可以很容易测量。达西摩擦系数考虑了流体的密度和粘度特性,以及管道粗糙度。这个因素可以用各种经验关系来评价,也可以从已发表的图表(例如:喜怒无常的图表)。

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达西摩擦系数

在使用中有两种常见的摩擦因素,达西和范宁摩擦因数

范宁摩擦系数
范宁摩擦因数,以约翰·托马斯·范宁的名字命名,是一个无量纲数,是达西摩擦因数的四分之一,所以必须注意哪一个作为摩擦因数。这是这两个因素之间唯一的区别。在所有其他方面,它们是相同的,通过应用转换系数4,摩擦系数可以互换使用。
fDf = 4.F
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达西摩擦系数有没有一个无量纲的量达西-韦史巴赫方程,用于描述管道或管道中的摩擦损失以及明渠流动。这也叫做达西-韦史巴赫摩擦系数,阻力系数,或者只是摩擦系数

摩擦因数是由雷诺数适用于管道内表面的流量和粗糙度(特别适用于湍流)。层流的摩擦因数与管道内表面粗糙度无关。
达西摩擦系数
管道截面也很重要,偏离圆形截面会引起二次流,增加水头损失。非圆管和管道一般采用使用来处理水力直径

相对粗糙度

用来测量…的量管道内表面粗糙度被称为相对粗糙度,等于表面非均匀性的平均高度(ε)除以管径(D)。

相对粗糙度方程

,其平均高度、表面不规则度和管径均以毫米为单位。

如果我们知道管道内表面的相对粗糙度,那么我们可以得到摩擦系数喜怒无常的图表

穆迪图(也称为穆迪图)是一种无量纲形式的关系图达西摩擦系数,雷诺数,相对粗糙度对于在圆形管道中充分发展的流动。

简介:

  • 液压系统的水头损失分为两个主要类别:
    • 主要的水头损失-由于摩擦在直管
    • 轻微的压头损失-由于组件如阀门,弯曲…
  • 达西的方程可以用来计算吗重大损失
  • 摩擦系数对于流体流量可以使用喜怒无常的图表穆迪chart-min
  • 的摩擦系数对层流独立的粗糙度管子的内表面。f = 64 / Re
  • 的摩擦系数为湍流很大程度上取决于相对粗糙度。它由Colebrook方程决定。必须指出,雷诺数很大时,摩擦因数与雷诺数无关。

为什么水头损失很重要?

从图中可以看出,水头损失是多种形式的关键特征任何液压系统。在系统中,必须保持一定的流量(例如,提供足够的冷却或热传递w88优德备用网址 微博反应堆堆芯),平衡压头损失头说由泵决定通过系统的流量。

离心泵及管道Q-H特性图
离心泵及管道Q-H特性图

相对粗糙度-绝对粗糙度

例子:喜怒无常的图表
确定摩擦系数(fD),用于流体在直径为700毫米、雷诺数为50 000 000和an的管道中流动绝对粗糙度0.035毫米。

解决方案:

相对粗糙度等于ε = 0.035 / 700 = 5 × 105。使用穆迪图,雷诺数为50 000 000与相对粗糙度为5 x 10的曲线相交5摩擦系数为0.011

穆迪图,穆迪图
例子:喜怒无常的图表。
资料来源:donebysecondlaw在英文维基百科,CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4681366

不同流型的达西摩擦系数

最常见的分类流的政权是根据雷诺数。雷诺数一个无量纲数是由流体的物理特性组成的,它决定了流体是否是层流和紊流。雷诺数的增加表明流动湍流度的增加。从穆迪图可以看出,达西摩擦系数也高度依赖于流动状态(即雷诺数)。

层流的达西摩擦系数
为了实际目的,如果雷诺数是小于2000,流量是多少层流。在圆管内流动的公认转捩雷诺数为Red,暴击= 2300。对于层流,水头损失与速度成正比而不是速度的平方,因此摩擦系数与速度成反比

达西摩擦系数因为层流(慢流)是…的结果泊肃叶定律它由以下方程给出:

层流的达西摩擦系数

过渡流达西摩擦系数
在雷诺数之间关于2000年和4000年由于湍流的开始,流动是不稳定的。这些流动有时被称为过渡流动。达西摩擦系数含有很大的不确定性在这种流动状态下,并没有很好地理解。
湍流的达西摩擦系数
如果雷诺数大于3500,流量是多少动荡不安的。核设施中的大多数流体系统都是用湍流。在这个流态流动阻力跟随达西-韦史巴赫方程:与平均流速的平方成正比。达西摩擦系数很大程度上取决于相对粗糙度管子的内表面。

确定湍流摩擦系数最常用的方法是使用喜怒无常的图表。穆迪图(也称为穆迪图)是科尔布鲁克相关性达西摩擦系数、雷诺数和在圆形管道中充分发展流动的相对粗糙度之间的关系。Colebrook-White方程:

达西摩擦系数的湍流

它也被称为科尔布鲁克公式,表达了达西摩擦系数f作为一个函数管相对粗糙度ε/Dh和雷诺数。

1939年,Colebrook通过拟合光滑管和粗糙管中湍流实验研究的数据,发现了圆管中摩擦因子的隐式相关性。

适用于液压光滑管和紊流(Re < 105)的摩擦因数可近似为Blasius公式:

f = 100.(重新)——¼

达西摩擦因数-相对粗糙度必须注意的是,在大雷诺数,摩擦因数与雷诺数无关。这是因为层流亚层(粘性亚层)的厚度随着雷诺数的增加而减小。当雷诺数很大时,层流亚层的厚度与表面粗糙度相当,直接影响流动。层流亚层变得如此薄以至于表面粗糙度凸出到流动中。这种情况下的摩擦损失主要是由突出的粗糙元在主流中产生的,而层流亚层的贡献可以忽略。

引用:
反应堆物理与热水力学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
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  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第4版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. Kazimi Mujid S.核系统卷I:热工水力基础,第二版。CRC出版社;2版,2012,ISBN: 978-0415802871
  6. 李永强,王永强,王永强。核电厂热力系统的热力学w88优德app分析。施普林格;2015年,ISBN: 978-3-319-13419-2
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  8. 现代流体力学。优德体育w88官网手机版施普林格,2010,ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,卷1,2和3。1992年6月。
  10. 《流体力学》,第7版,2010年2月,ISBN: 978-0077422417

参见:

重大的损失

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