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Novec 1230灭火剂的施放方法研究(6)
能量耗损,湍流中小涡体的运动,通过粘性作用大量耗损能量,实验表明湍流中的能量损失要比同条件下层流中的能量损失大的多。
高雷诺数,这一点是显而易见的,因为下临界雷诺数 就是流体两种流态判别的准则,雷诺数实际上反映了惯性力与粘性力之比,雷诺数越大,表明惯性力越大,而粘性限制作用则越小,所以湍流的紊动特征就会越明显,就是说紊动强度与高雷诺数有关。
运动参数的时均化虽然瞬时流速具有随机性,显示一个随机过程,从表面上看来没有确定的规律性,但是当时间过程 足够长时,速度的时间平均值则是一个常数。
2.2 管道流动沿程阻力计算
由于湍流流动非常复杂,管内沿程阻力目前尚不能从理论上很完善地解决,目前在工程实际中普遍使用的是经验公式,其采用量纲分析方法分析影响沿程阻力的因素,组成无量纲函数关系,再通过模型实验,找出计算管内沿程阻力的一般方法[14]。
管内流体的压降 是沿程阻力的一种度量,在管道流动中,影响压降的主要因素有管道直径 、管长 、流体的密度 、流体的粘性系数 、流体的平均速度 以及管壁的粗糙度 ,即管内压降可以表达为:
(2.2-1)
为便于进行无量纲分析,选取长度L、质量M、时间T作为基本量纲,对(1)式中各参数的量纲进行分析可知:
, , , , , ,
取 、 、 为基本变量,可组成如下的几个无量纲数: (2.2-2)
分析 的量纲可知:
(2.2-3)
根据量纲和谐原理,可得到如下方程组: (2.2-4)
由此求得 ,于是 可记为: (2.2-5)
同样的方法求得:(2.2-6)
由此,可将(2.2-1)式改写为: (2.2-7)
式中 为雷诺数,故(2.2-7)式可表达为:
(2.2-8)
由以往实验结果可知,在流动的其它条件不变的情况下,水平管中压差 与管长成正比,与管径成反比,因此可将(2.2-8)式改写为:
(2.2-9)
令 ,称为沿程阻力系数,则得到管内流动沿程阻力的计算公式为:
(2.2-10)
通常,又可以将压损转换为高度差的表示形式,即由于 ,因此(2.2-10)式又可记为:
(2.2-11)
由此沿程阻力导致的压损的计算就主要归结为沿程阻力系数的求算。
从沿程阻力系数 的表达形式可以看出,其与雷诺数密切相关,即在不同的流动情况下,沿程阻力系数不同。对于层流,沿程阻力系数既可以用解析方法求出,又可以由实验得到;对于湍流,沿程阻力系数智能借助实验得到的经验与半经验公式求得。一般情况下,湍流流动可分为“水力光滑管”和“水力粗糙管”,在“水力光滑管”中,沿程阻力系数与Re有关;在“水力粗糙管”中,沿程阻力系数与Re和相对粗糙度 有关。
目前对于工程应用而言,通常将管内流动划分为如下五个区,分别考虑阻力系数:
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