繞流阻力壓差阻力

由于邊界層分離，物面壓強(qiáng)發(fā)生很大變化，特別是物體尾部形成尾流區(qū)，壓強(qiáng)降低，形成上下游較大壓強(qiáng)差。壓強(qiáng)沿物面積分可得壓差阻力，亦稱形狀阻力 。

繞流阻力是指繞流物體表面的流體所受摩擦阻力和壓差阻力的總和。表面摩擦阻力即物體表面切應(yīng)力的積分，可由遺界層理論計算 。

壓差阻力一般需通過試驗確定。如果將分離點推向下游，減小尾流區(qū)，則壓差阻力將隨之降低。一般說來，當(dāng)水流雷諾數(shù)Re較高時，表面摩阻力將比壓差阻力小很多。因此，要降低繞流阻力，首先要設(shè)法降低壓差阻力，例如使繞流物體流線型化 。

繞流阻力系數(shù)的表達(dá)式為：

式中，D為阻力；P為流體密度；U∞為來流速；A為物體迎流面積。物體形狀、壁面粗糙情況、來流紊動強(qiáng)度、水流雷諾數(shù)都是影響Cp的因素 。

如圖《二維物體繞流阻力系數(shù)》和《三維物體繞流阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線》所示：

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前言

主要符號說明

第1章 緒論

1.1 研究背景

1.2 研究方法評述

1.3 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.4 主要成果

1.5 本書主要研究問題

參考文獻(xiàn)

第2章 樁基繞流理論分析研究

2.1 勢流理論簡述

2.2 邊界層理論簡述

2.3 渦旋理論簡介

2.4 實際水流繞流圓柱機(jī)理研究

2.5 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3章 樁基繞流數(shù)值模擬

3.1 樁基繞流數(shù)值模擬研究的意義

3.2 流體動力學(xué)控制方程

3.3 控制方程離散方法的選擇

3.4 模擬方法的選擇

3.5 平面二維樁柱繞流數(shù)值模擬

3.6 波流作用下樁基繞流的數(shù)值模擬

3.7 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章 樁基繞流物理測試研究

4.1 樁柱繞流阻力測試研究

4.2 樁群繞流阻力測試研究

4.3 樁群繞流對水流影響測試研究

4.4 樁群局部沖淤特性測試研究

4.5 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章 結(jié)論與展望

5.1 主要成果與結(jié)論

5.2 展望2100433B

沿程阻力——流動中水流內(nèi)摩擦力（黏性力）。

局部阻力——局部邊界突變引起流速突變產(chǎn)生的慣性力（如斷面突大突小或閘閥等） 。

流體流動阻力：流體在管路系統(tǒng)中的流動可以分為在均勻直管中的流動，產(chǎn)生以表面摩擦為主的沿程阻力；在各種管件象閥門、彎管、設(shè)備進(jìn)出口等中的流 動，由于流道變向、截面積變化、流道分叉匯合等 產(chǎn)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(chǎn)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)。對于管流，流動阻力通常用流體的壓力降表示，此壓力降造成的機(jī)械能（壓能）降低不能再恢復(fù)，亦即部分機(jī)械能遭受損失,通稱阻力損失。對于繞流,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，意大利科學(xué)家達(dá)·芬奇首先提出物體在流體中運動會受到阻力的觀點，此后I.牛頓等著名科學(xué)家都曾作有關(guān)研究，然而直到邊界層理論產(chǎn)生之后，才認(rèn)識到流動阻力的實質(zhì)。產(chǎn)生阻力的原因，早期只考慮物體前部的形狀，后來發(fā)現(xiàn)物體后部的形狀才是量重要的。物體后部發(fā)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切力產(chǎn)生的流動阻力，其方向與流體運動方向相反。壓差阻力則是垂直于物體表面的壓力產(chǎn)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于下列三個因素：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。對于流線型物體，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由物體特征長度決定的雷諾數(shù)的大小，雷諾數(shù)決定邊界層中的流動狀態(tài)。湍流邊界層摩擦阻力較大，但因分離推遲，往往壓差阻力較?。粚恿鲃t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(jìn)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為阻力系數(shù);u為來流速度;A為物體在垂直于運動方向上的投影面積；ρ為流體密度。阻力系數(shù)Cd的大小取決于物體形狀和雷諾數(shù)。如液體繞流圓球時的阻力系數(shù)Cd與Re的關(guān)系曲線（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切應(yīng)力τw,其計算式為：式中f稱為范寧摩擦系數(shù)；u為流體平均速度。τw與管內(nèi)壓力降 Δp成正比，所以管內(nèi)摩擦阻力常以壓力降表示，計算式為：式中l(wèi)為管長；d為管道直徑；λ是摩擦系數(shù)(λ=4f），它是Re數(shù)和粗糙度ε（管壁上突出物的平均高度）的函數(shù)，即：

λ=φ(Re,ε/d)

上述函數(shù)關(guān)系可由實驗或理論計算得到（見管流）。管內(nèi)流體流經(jīng)各種局部障礙物（例如閥門和管內(nèi)構(gòu)件），或通道截面積突然擴(kuò)大或縮小時所產(chǎn)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。對于管流局部阻力的計算常用下式：式中ξ為局部阻力系數(shù)，其值由實驗確定。

研究流動阻力的意義　在工程應(yīng)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(tǒng)的外功，以便選擇流體輸送機(jī)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(shè)置導(dǎo)流葉片；為減小壓差阻力，可使物體具有圓頭尖尾的細(xì)長外形(流線型)；為減小通道截面變化時的局部阻力，可采用截面逐漸變化的通道；為降低減壓精餾塔的塔板壓力降，可采用漸縮通道小孔的文丘里塔板。③通過改變流動阻力進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)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(yīng)器中采用高壓力降分布板，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(xiàn)象。