基本介紹
- 中文名：流動阻力
- 外文名：Flow Resistance
- 類別：力學
- 特點：流動
流動阻力,
流動阻力
流體流動阻力：流體在管路系統中的流動可以分為在均勻直管中的流動，產生以表面摩擦為主的沿程阻力；在各種管件象閥門、彎管、設備進出口等中的流 動，由於流道變向、截面積變化、流道分叉匯合等 產生以逆壓差或渦流為主的局部阻力。
流動邊界的物體對流動流體的作用力。它與流體流動的方向相反，由動量傳遞而產生。流動阻力是粘性流體中動量傳遞研究的基本問題之一。流動阻力的反作用力，即流體對物體的作用力，稱為曳力(drag)。對於管流，流動阻力通常用流體的壓力降表示，此壓力降造成的機械能（壓能）降低不能再恢復，亦即部分機械能遭受損失,通稱阻力損失。對於繞流,更多地注意曳力。只要來流即物體上游流體速度均勻，流體繞過靜止物體的流動，與物體在靜止流體中的運動是等同的。因此，工程上常在流動流體中置入靜止的模型，以模擬物體在靜止流體中的運動。
1506年，義大利科學家達·文西首先提出物體在流體中運動會受到阻力的觀點，此後I.牛頓等著名科學家都曾作有關研究，然而直到邊界層理論產生之後，才認識到流動阻力的實質。產生阻力的原因，早期只考慮物體前部的形狀，後來發現物體後部的形狀才是量重要的。物體後部發生的邊界層分離，對流動阻力起決定性的影響。
種類 分為摩擦阻力和壓差阻力。摩擦阻力是物體表面剪下力產生的流動阻力，其方向與流體運動方向相反。壓差阻力則是垂直於物體表面的壓力產生的對流體流動的阻力，其方向也與流體運動方向相反。兩種阻力常同時存在。以流體繞過某物體的流動為例，兩種阻力的相對大小取決於下列三個因素：①物體的形狀，如果物體是球那樣的鈍體，邊界層分離較早，壓差阻力是主要的。對於流線型物體，邊界層不分離或分離較遲，則壓差阻力較小，摩擦阻力是主要的。②由物體特徵長度決定的雷諾數的大小，雷諾數決定邊界層中的流動狀態。湍流邊界層摩擦阻力較大，但因分離推遲，往往壓差阻力較小；層流則相反，摩擦阻力較小，而壓差阻力較大。③物體表面的粗糙度，粗糙表面的摩擦阻力較大，但粗糙表面可促進邊界層湍化，使分離推遲，從而減小壓差阻力。
阻力計算 繞流時阻力F的計算式為：式中Cd為阻力係數;u為來流速度;A為物體在垂直於運動方向上的投影面積；ρ為流體密度。阻力係數Cd的大小取決於物體形狀和雷諾數。如液體繞流圓球時的阻力係數Cd與Re的關係曲線（見繞流）。
流體在管道中流動時，直管的阻力主要是摩擦阻力，又稱沿程阻力。摩擦阻力表示為壁面上的剪下應力τw,其計算式為：式中f稱為范寧摩擦係數；u為流體平均速度。τw與管內壓力降 Δp成正比，所以管內摩擦阻力常以壓力降表示，計算式為：式中l為管長；d為管道直徑；λ是摩擦係數(λ=4f），它是Re數和粗糙度ε（管壁上突出物的平均高度）的函式，即：
1506年，義大利科學家達·文西首先提出物體在流體中運動會受到阻力的觀點，此後I.牛頓等著名科學家都曾作有關研究，然而直到邊界層理論產生之後，才認識到流動阻力的實質。產生阻力的原因，早期只考慮物體前部的形狀，後來發現物體後部的形狀才是量重要的。物體後部發生的邊界層分離，對流動阻力起決定性的影響。
種類 分為摩擦阻力和壓差阻力。摩擦阻力是物體表面剪下力產生的流動阻力，其方向與流體運動方向相反。壓差阻力則是垂直於物體表面的壓力產生的對流體流動的阻力，其方向也與流體運動方向相反。兩種阻力常同時存在。以流體繞過某物體的流動為例，兩種阻力的相對大小取決於下列三個因素：①物體的形狀，如果物體是球那樣的鈍體，邊界層分離較早，壓差阻力是主要的。對於流線型物體，邊界層不分離或分離較遲，則壓差阻力較小，摩擦阻力是主要的。②由物體特徵長度決定的雷諾數的大小，雷諾數決定邊界層中的流動狀態。湍流邊界層摩擦阻力較大，但因分離推遲，往往壓差阻力較小；層流則相反，摩擦阻力較小，而壓差阻力較大。③物體表面的粗糙度，粗糙表面的摩擦阻力較大，但粗糙表面可促進邊界層湍化，使分離推遲，從而減小壓差阻力。
阻力計算 繞流時阻力F的計算式為：式中Cd為阻力係數;u為來流速度;A為物體在垂直於運動方向上的投影面積；ρ為流體密度。阻力係數Cd的大小取決於物體形狀和雷諾數。如液體繞流圓球時的阻力係數Cd與Re的關係曲線（見繞流）。
流體在管道中流動時，直管的阻力主要是摩擦阻力，又稱沿程阻力。摩擦阻力表示為壁面上的剪下應力τw,其計算式為：式中f稱為范寧摩擦係數；u為流體平均速度。τw與管內壓力降 Δp成正比，所以管內摩擦阻力常以壓力降表示，計算式為：式中l為管長；d為管道直徑；λ是摩擦係數(λ=4f），它是Re數和粗糙度ε（管壁上突出物的平均高度）的函式，即：
λ=φ(Re,ε/d)
上述函式關係可由實驗或理論計算得到（見管流）。管內流體流經各種局部障礙物（例如閥門和管內構件），或通道截面積突然擴大或縮小時所產生的阻力主要是壓差阻力，工程上稱為局部阻力。這時雖然也有摩擦阻力存在，但一般很小，可以忽略。對於管流局部阻力的計算常用下式：式中ξ為局部阻力係數，其值由實驗確定。
研究流動阻力的意義 在工程套用上，研究流動阻力的目的是：①計算能量消耗，確定所需加入流動系統的外功，以便選擇流體輸送機械。②尋求減小阻力的方法，以減少能耗。例如：為降低彎曲通道中的阻力，可設定導流葉片；為減小壓差阻力，可使物體具有圓頭尖尾的細長外形(流線型)；為減小通道截面變化時的局部阻力，可採用截面逐漸變化的通道；為降低減壓精餾塔的塔板壓力降，可採用漸縮通道小孔的文丘里塔板。③通過改變流動阻力進行流量的調節和分配或改善流動截面上的流速分布，即流體均布。例如：在流化床反應器中採用高壓力降分布板，迫使流體沿流動截面均勻分布，以消除因床層波動而引起的流體分布不均現象。
研究流動阻力的意義 在工程套用上，研究流動阻力的目的是：①計算能量消耗，確定所需加入流動系統的外功，以便選擇流體輸送機械。②尋求減小阻力的方法，以減少能耗。例如：為降低彎曲通道中的阻力，可設定導流葉片；為減小壓差阻力，可使物體具有圓頭尖尾的細長外形(流線型)；為減小通道截面變化時的局部阻力，可採用截面逐漸變化的通道；為降低減壓精餾塔的塔板壓力降，可採用漸縮通道小孔的文丘里塔板。③通過改變流動阻力進行流量的調節和分配或改善流動截面上的流速分布，即流體均布。例如：在流化床反應器中採用高壓力降分布板，迫使流體沿流動截面均勻分布，以消除因床層波動而引起的流體分布不均現象。
