所谓的文丘里管就是用于管道中的流盘测量,它是由收缩段和扩张段所组成,在人口前的直管段截面1-1和截面2-2之间测得静压差,根据静压差和两个已知的截面积,就可以计算管道的流量。设1-1。2-2截面上的流速和截面积分别为Uh、A,和uh,A2,根据理想流体的伯努利方程如果静压差(pA-P2)用测液液柱高度h表示,(p1-P2),(pt-p)gh,以及考虑到流体猫性引起的流动损失,上式还应乘上修正系数产,故式中/-I-~文丘里管的流量修正系数,其值由实验确定,一般F--O。9898;h-U形管测液的液柱高度,m;P"八—分别为被测流休和U形管测液的密度,kg/m',A,、AZ—分别为直管段和文丘里管喉部的流通截面当被测流休为气体时。
气休流动时的压头损失
气体由于有猫性,在流动过程中要产生阻力。一部分阻力是由于气体本身的猫性及其与管壁的摩擦所造成,称为摩擦阻力。而且这种阻力沿流动路程都存在,所以又叫沿程阻力。另一部分是由于气流方向的改变或速度的突变引起的阻力,称为局部阻力。气体流动要克服阻力,就必须作功,因此要消耗部分能量。造成压头损失。在上一节讨论伯努利方程时,已经指出压头损失只产生在气体流动的时候。所以压头损失。
流动的两种型态
英国科学家雷诺(0。Reynolds)1883年通过一个**的实验,发现了流体流动的两种不同型态,其装置原理如图2-16所示J水箱1中的水经由圆玻璃管2流出。速度可由阀3调节。深井炉在玻璃管的进口处有一股由墨水瓶5引出经细管4流出的墨水。开始,当水的流量不大时,2中水的流速较小,墨水在水中成一直线,管中的水流都是沿轴向流动,这种流动称为层流如果继续加大水的流量,由于管道截面不变,则玻璃管内水的流速增大。当达到某一流速时,墨水不能再保持直线运动,开始发生脉动。流速继续增大,墨水将在前进的过程中很快与水混在一起,不再有明显的界限,显示流动的性质已发生改变,流体的质点已不是平行的运动,而是不规则紊乱的运动,这种流动型态称为紊流或湍流。
根据以不同的流体和不同的管径所获得的实验结果。证明支配流体流动性质的因素,除流体的流速w外,还有流体流过的管径d、流体的密度P、流体的钻度产。并且提出以上述四个因素所组成的无量纲特征数wpd/f1作为判定流动性质的依据。这个特征数称为雷诺数,用符根据雷诺和许多研究工作者的实验,在截面为圆形表面光滑的管道中,Re<2100时,流动是层流,而Re>2300时,流动是紊流。用人工的方法也可以使Re大于2300的情况下保持层流流动,但是这种层流不稳定,只要某处发生扰动,便立刻变成紊流。由层流转变为紊流往往经过一个过渡阶段,称为临界状态,Re=2300时,叫做雷诺数的临界值。但这个临界值并不是固定不变的,而是与许多条件有关,特别是流体的人口情况和管壁的粗糙度等。例如当人口处是光滑的圆形人口时,Re的临界值大约为4000。由于流动型态的不同,管内流体速度的分布情况也随之而异。见图2-17,层流时流体的速度沿管的断面系按抛物面的规律分布,管中心的速度*大,沿抛物面渐近管壁,则速度逐渐减小以至于零,其平均速度为管中心*大速度的一半,即圆管中紊流的速度分布亦为一曲面,与抛物面相似,但顶端稍宽。由于在紊流中流体质点无规律的脉动,其速度在大小和方向上时时变化,我们只能取一定时间间隔的速度统计平均值作为平均流速。在十分稳定的紊流中,其平均速度与中心*大速度的关系。
实际流体由于具有猫性。当流体刚开始流过壁面时,紧贴表面的速度为零,在接近壁面处有一层速度急剧降低的薄层,层内流动保持层流状态,称为层流边界层。层内速度梯度很大。且接近于常数。层流边界层的厚度与流股核心的紊乱程度有关,紊动越激烈,边界层越薄,即边界层厚度与R,成反比。流体继续沿壁向前流动,边界层逐渐加厚,边界层内流体流动的性质开始转变为紊流,在此区域紊流程度不断增强,发展到**的紊流流动,这时的边界层称为紊流边界层。但即使在紊流边界层中,在紧靠壁表面那一薄层中,流动仍然保持层流,称为层流底层。在层流底层和紊流区之间又有一过渡层(图2-18)。边界层的存在,对传热过程有重大的影响,以后将讨论这个问题。
上述速度分布情况系指流体的流动情况已趋稳定而言。流体在进人管道后须经过一定距离才能达到稳定。对于紊流,这一段流经的直管距离约为管道直径的25-40倍。同时上述速度分布规律,只是在等温状态下才是**的,而且稳定不变。
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