图3 速度分布随雷诺数的影响
而因黏性底层厚度的变化,管壁表面的粗糙度ε便会对沿程阻力产生影响。管壁表面粗糙凸出部分的平均高度ε叫做管壁的绝对粗糙度。因此,对黏性底层厚度与粗糙度的大小进行分析。
01
当δ>ε时,管壁的粗糙突出部分完全淹没在黏性底层中,其他湍流区域不受管壁粗糙度的影响,流体好像在完全光滑管中流动,这种情况的管内湍流流动称为“水力光滑管”。如图4(a)。
02
当δ<ε时,管壁的粗糙突出部分有部分被暴露在湍流区域中,从而对湍流流动产生影响。这种情况的管内湍流流动称为“水力粗糙管”。如图4(b)。
图4 黏性底层厚度与管壁粗糙度的两种情况
因此,对于这两种不同的状况,要计算管内流动状态属于哪一种来计算沿程阻力系数。经理论推导和实验修正后可得水力光滑管和水力粗糙度的沿程损失系数公式。
由此,可以由式(4)和粗糙度ε的大小对比来选择使用式(5)还是式(6)来计算沿程损失系数λ,最后联系式(1)计算沿程阻力。
图5 沿程阻力计算示意图
04局部阻力求解
局部阻力由冷却液在流道中经过的局部障碍组成,局部障碍非常多样。通过选取合适的局部损失系数再结合式(2),可以求解局部阻力损失。
表1 局部损失系数选取表