沿程损失的实验研究
[1]尼古拉兹实验
实验原理如下图(a)所示。
(a)尼古拉兹实验原理图 (b)尼古拉兹实验曲线
1.层流区
Re<2320为层流区。在该区域内,管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。
2.过渡区
2320<Re<4000为由层流向紊流的转捩区,可能是层流,也可能是紊流,实验数据分散,无一定规律,如图中的区域所示。
3.紊流光滑管区
4000<Re<26.98(d/ε)8/7,为紊流光滑管区。勃拉修斯(p.Blasius)1911年用解析方法证明了该区沿程损失系数与相对粗糙度无关,只与雷诺数有关,并借助量纲分析得出了4×103<Re<105范围内的勃拉休斯的计算公式为
紊流光滑管的沿程损失系数也可按卡门一普朗特(Ka′rma′n-Prandtl)公式
进行计算。
当105<Re<3×106时,尼古拉兹的计算公式为
λ=0.0032+0.221Re-0.237
4.紊流粗糙管过渡区
26.98(d/ε)8/7<Re<2308(d/ε)0.85为紊流粗糙管过渡区。该区域的沿程损失系数与按洛巴耶夫(Б.H.Лo6aeв)的公式进行计算,即
5.紊流粗糙管平方阻力区
2308(d/ε)0.85<Re为紊流粗糙管平方阻力区。沿程损失系数与雷诺数无关,只与相对粗糙度有关,如图中区域所示。
平方阻力区的沿程能量损失可按尼占拉兹公式
[2]莫迪图
莫迪以科勒布茹克(C.F.Colebrook)公式
为基础,在对数坐标上绘制了新的工业管道的沿程损失系数和雷诺数、相对粗糙度之间的关系曲线,如 下图所示,该图为计算新的工业管道的沿程损失系数提供了方便。
莫迪图分为五个区域,即层流区、临界区(相当于尼古拉兹曲线的过渡区)、光滑管;过渡区(相当于尼古拉兹曲线的紊流粗糙管过渡区)、完全粗糙区(相当于尼古拉兹曲线的紊流粗糙管平方阻力区)。过渡区同完全紊流粗糙管区之间分界线的雷诺数为
莫迪图
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