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湍流流动是自然界常见的流动现象，在多数工程问题中流体的流动往往处于湍流状态，湍流特性在工程中占有重要地位。流体实验表明:在湍流状态下，流场中特定点的基本物理量(如速度、压力、温度、浓度)的脉动性很强[24]。气体在进排气系统中流动时，实际上也是一种湍流运动。湍流带有旋转流动结构，即所谓的湍流涡。可以把湍流看成是由各种不同尺度的涡叠合而成的流动。大尺度的涡主要是流动边界条件所决定，主要受惯性影响而存在，是引起低频脉动的原因;小尺度的涡主要是由粘性力所决定，是引起高频脉动的原因。大尺度的涡破裂后形成小尺度的涡，较小尺度的涡破裂后形成更小尺度的涡。大尺度的涡不断从主流中获得能量，通过涡的相互作用，能量逐渐向小尺度的涡传递。最后由于粘性的作用，小尺度的涡不断的消失，机械能就转换(耗散)为流体的热能。同时由于边界的作用、扰动及速度梯度的作用，新的涡不断产生，这就构成了湍流运动[25]
2.4 沿程压力损失的计算
在计算流体动力学应用之前，常借助流体力学上的公式来大致估算简单直管的压力损失。沿程压力损失主要指括管内的通道壁面与气流摩擦所产生的压力损失。
沿程损失是发生在整个流程中的能量损失，是由流体的粘滞力造成的损失。管道流动单位重量流体的沿程损失用达西一文斯巴赫公式计算[26]：
其中λ为沿程损失系数，L为管道长度，d为管道内径，v2/2g为单位重量流体的动压头。计算时所选用的流体为常温状态下的空气，有关的参数查阅相关的流体力学资料确定。
2.5 沿程阻力系数λ的计算
如前所述，根据达西一文斯巴赫公式，计算沿程压力损失的问题归结为沿程阻力系数λ的求解。为求其变化规律，1933年尼古拉兹采用人工粗糙管进行了管流沿程阻力系数的测定实验。
圆管层流沿程阻力系数只是雷诺数的函数，在湍流中，除此之外，壁面的粗糙对流动的扰动使其构成了影响阻力系数的另一个重要因素。可知，雷诺数和相对粗糙度是沿程阻力系数的两个影响因素，即
e为绝对粗糙度，d为管道直径。
图2.2 尼古拉兹曲线图
根据沿程阻力系数λ的变化特性，尼古拉兹曲线可以分为5各部分，即5个阻力区。
1.在ab之间（ ），表明沿程阻力系数λ与相对粗糙度e/d，只是雷诺数Re的函数， ，该区为层流区。
2.在bc之间（ ），不同相对粗糙度的实验点均落在同一直线上，表明沿程阻力系数λ与相对粗糙度e/d，只是雷诺数Re的函数，此区是层流向湍流过度的临界区域。
3.在cd之间，虽然已经进入湍流区，仍表现出不同相对粗糙度的实验点均落在同一直线上，表明沿程阻力系数λ与相对粗糙度e/d，只是雷诺数Re的函数，与层流区不同的是，随着雷诺数的增大，不同相对粗糙度的实验点相继脱离此点，相对粗糙度越大，其实验点脱离次线的雷诺数越小。此区为湍流光滑区。
4.在de与ef之间，不同相对粗糙度的实验点分别落在不同曲线上。表明沿程阻力系数λ既与雷诺数Re有关，又与相对粗糙度e/d有关。此区为湍流过渡区。
5.在ef右侧，不同相对粗糙度的实验点分别落在不同水平直线上。表明沿程阻力系数λ与雷诺数Re无关，与相对粗糙度e/d有关。此区为湍流粗糙区。
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