李　欢，曾亚武，夏　磊，方海龙

(武汉大学 土木建筑工程学院， 湖北 武汉 430072)



圆管壁粗糙度对圆管内流态影响研究

李欢，曾亚武，夏磊，方海龙

(武汉大学 土木建筑工程学院， 湖北 武汉 430072)

摘要：基于尼古拉兹圆管实验思想，利用颗粒流程序中的流体计算模块，实现了对圆管壁粗糙度的模拟，进而分析了不同粗糙度对圆管断面流态分布的影响以及在不同压力差作用下平均流速与圆管壁粗糙度之间的关系。研究结果表明：圆管内流体流速受管壁的扰动影响，在横截面上呈U型分布，而非抛物线型分布；圆管壁对管内流体流态的影响范围随管壁粗糙度变化而变化，圆管管壁相对粗糙度越大，管内受扰动流体范围越大，即管内层流范围越小；在管壁粗糙度一定的情况下，圆管断面流量随上下端面压力差的增大而增大；在相同压力差作用下，圆管断面流量随管壁相对粗糙度增大而逐渐减小，颗粒的阻流作用明显；随着管壁粗糙度的增大，圆管上下端面受压力差作用的影响范围也随之增大，使管内流体流态变得更加复杂。

关键词：尼古拉兹实验；粗糙圆管；颗粒流流体计算；相对粗糙度；流体流态

1885年雷诺(Reynolds O)曾用试验揭示了流体运动存在着两种流态：层流和紊流，其试验结果表明：流态不同，沿程水头损失的规律也不同。达西[1](Darcy H)根据不同尺寸的圆管和不同类型、不同长度的土样进行试验得到了线性渗透定律：在层流时，沿程水头损失与流速的一次方成比例。……