層流紊流及其能量損失PPT教案

1、會計(jì)學(xué)1層流紊流及其能量損失層流紊流及其能量損失第五章 層流、紊流及其能量損失實(shí)際流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，因粘滯性的存在，在流動(dòng)過程中會產(chǎn)生流動(dòng)阻力，而克服阻力必然要消耗一部分機(jī)械能，并轉(zhuǎn)化為熱能，造成了能量損失。因此只有確定了流動(dòng)阻力，或由流動(dòng)阻力產(chǎn)生的水頭損失之后，能量方程才能用以解決實(shí)際問題。實(shí)際流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，因粘滯性的存在，在流動(dòng)過程中會產(chǎn)生流動(dòng)阻力，而克服阻力必然要消耗一部分機(jī)械能，并轉(zhuǎn)化為熱能，造成了能量損失。因此只有確定了流動(dòng)阻力，或由流動(dòng)阻力產(chǎn)生的水頭損失之后，能量方程才能用以解決實(shí)際問題。故本章在扼要故本章在扼要分析液流型態(tài)及其特征的基礎(chǔ)上再來討論水頭損失的變化規(guī)律和計(jì)算方法。分析液流

2、型態(tài)及其特征的基礎(chǔ)上再來討論水頭損失的變化規(guī)律和計(jì)算方法。第1頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 層流與紊流的概念層流與紊流的概念均勻流的沿程損失均勻流的沿程損失 圓管中的層流損失圓管中的層流損失 紊流流動(dòng)的特征紊流流動(dòng)的特征紊流的沿程損失紊流的沿程損失 紊流的斷面流速分布紊流的斷面流速分布 流動(dòng)的局部損失流動(dòng)的局部損失第2頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失問題：理想流體和實(shí)際流體的區(qū)別？問題：理想流體和實(shí)際流體的區(qū)別？ 有無粘滯性是理想流體和實(shí)際流體的本質(zhì)區(qū)別。有無粘滯性是理想流體和實(shí)際流體的本質(zhì)區(qū)別。粘滯性是運(yùn)動(dòng)流體產(chǎn)生水頭損失的根源。粘滯性是運(yùn)動(dòng)流體產(chǎn)生水頭損失的根源。水

3、頭損失的物理概念及其分類水頭損失的物理概念及其分類 水頭損失：單位重量的流體自一斷面流至另一斷面所損失的機(jī)械能。水頭損失：單位重量的流體自一斷面流至另一斷面所損失的機(jī)械能。 分類：分類： (1) 沿程水頭損失沿程水頭損失; (2)局部水頭損失。局部水頭損失。 對應(yīng)阻力：對應(yīng)阻力： (1) 沿程阻力沿程阻力; (2)局部阻力。局部阻力。第3頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第4頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第5頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第6頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第7頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第8頁/共71頁第五章 層流、紊流

4、及其能量損失第9頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失對于在某個(gè)流程上流動(dòng)的流體，它的總水頭損失對于在某個(gè)流程上流動(dòng)的流體，它的總水頭損失hw遵循疊加原理即遵循疊加原理即hw=hf+hj 總水頭線測壓管水頭線 第10頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 在不同的初始和邊界條件下，實(shí)際流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)會出現(xiàn)兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一種是所有流體質(zhì)點(diǎn)作有規(guī)則的、互不摻混的運(yùn)動(dòng)，另一種是作無規(guī)則摻混的混雜運(yùn)動(dòng)。前者稱為在不同的初始和邊界條件下，實(shí)際流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)會出現(xiàn)兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一種是所有流體質(zhì)點(diǎn)作有規(guī)則的、互不摻混的運(yùn)動(dòng)，另一種是作無規(guī)則摻混的混雜運(yùn)動(dòng)。前者稱為層流狀態(tài)層流狀態(tài)，后者稱

5、為，后者稱為紊流狀態(tài)紊流狀態(tài)（別稱（別稱湍流狀態(tài)湍流狀態(tài)）。）。 1883年英國物理學(xué)家年英國物理學(xué)家雷諾雷諾（Reynolds）通過實(shí)驗(yàn)研究，較深入地揭示了兩種流動(dòng)狀態(tài)的本質(zhì)差別與發(fā)生地條件，并確定了流態(tài)的判別方法，我們現(xiàn)在先來學(xué)習(xí)雷諾實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)研究，較深入地揭示了兩種流動(dòng)狀態(tài)的本質(zhì)差別與發(fā)生地條件，并確定了流態(tài)的判別方法，我們現(xiàn)在先來學(xué)習(xí)雷諾實(shí)驗(yàn)。第11頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第12頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第13頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失層流：層流：當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的流體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊地呈層狀運(yùn)動(dòng)，互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫當(dāng)流速

6、較小時(shí)，各流層的流體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊地呈層狀運(yùn)動(dòng)，互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫層流。層流。紊流：紊流：當(dāng)流速較大時(shí)，各流層的流體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過程中，互相混摻，這種型態(tài)的運(yùn)動(dòng)叫當(dāng)流速較大時(shí)，各流層的流體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過程中，互相混摻，這種型態(tài)的運(yùn)動(dòng)叫紊流紊流。第14頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析處理lglglgfhkmVmfhkV第15頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失1 1、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)2、臨界流速臨界流速cv下臨界流速下臨界流速cv上臨界流速上臨界流速層層 流：流：過渡流：過渡流：紊紊 流：流：cvvccvvvcvv流動(dòng)較穩(wěn)

7、定流動(dòng)較穩(wěn)定層流層流流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定紊流紊流cvvcvv第16頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失3、臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)層層 流：流：過渡流：過渡流：紊紊 流：流：Re2000c下臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)Re12000 40000c 上臨界上臨界雷諾數(shù)雷諾數(shù)ReRecReReReccReRecRevd雷諾數(shù)雷諾數(shù)大量實(shí)驗(yàn)證明大量實(shí)驗(yàn)證明l 上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定l 下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定雷諾數(shù)是表征流體質(zhì)點(diǎn)所受的慣性力與粘滯力的之比。雷諾數(shù)是表征流體質(zhì)點(diǎn)所受的慣性力與粘滯力的之比。第17頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第18頁/共71頁第五章 層

8、流、紊流及其能量損失Re2000ccv d工程上常用的圓管臨界雷諾數(shù)工程上常用的圓管臨界雷諾數(shù)2000Re 2000Re 層層 流：流：紊紊 流：流：Re500ccv R明渠臨界雷諾數(shù)明渠臨界雷諾數(shù)Re500Re500層層 流：流：紊紊 流：流：其中，其中，R為為水力半徑水力半徑，是一個(gè)重要的水力參數(shù)，表征過流斷面的水力特性。，是一個(gè)重要的水力參數(shù)，表征過流斷面的水力特性。第19頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失AR442dddAR d212)(mhbhmhbAR bhm1.圓管圓管2.明渠明渠第20頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失冬季：冬季： 故屬于層流故屬于層流；夏季：夏

9、季： 故屬于紊流故屬于紊流。smQQm/030864. 090036001010033smAQv/982438. 02 . 0030864. 04220003369.179910092. 12 . 0982438. 0Re4vd20003011.586510335. 02 . 0982438. 0Re4vd第21頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失如果您有任何問題，請毫不猶豫地提出如果您有任何問題，請毫不猶豫地提出 !In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !第22頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失沿

10、程損失與切應(yīng)力的關(guān)系沿程損失與切應(yīng)力的關(guān)系 作用于元流的外力作用于元流的外力 （1）兩端斷面上的動(dòng)水）兩端斷面上的動(dòng)水 壓力為壓力為p1A 和和p2A （2）側(cè)面上的動(dòng)水壓力，）側(cè)面上的動(dòng)水壓力， 垂直于流速垂直于流速 （3）側(cè)面上的切力）側(cè)面上的切力0Tl GgA l（4）重力）重力第23頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 流束的受力平衡方程流束的受力平衡方程12sin0p Ap AgA ll12sinzzl12120p Ap AzzgA llgAgAgAlgA1212()0pplzzgggA1212()()0pplzzgggR第24頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 由由1

11、,2斷面的能量方程斷面的能量方程同理，對于總流有同理，對于總流有 此式即為此式即為均勻流的基本方程均勻流的基本方程，對于有壓流和無壓流，層流和紊流都適用。，對于有壓流和無壓流，層流和紊流都適用。1212fppzzhggJgRll1212()()fppzzhgggR J0gRJ第25頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失22ooorgR JRrrgRJRroorr切應(yīng)力的分布切應(yīng)力的分布0yu(y)第26頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失242flvhRg208v0gRJ22fl vhdg達(dá)西達(dá)西魏斯巴赫公式魏斯巴赫公式0(Re,)skf第27頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損

12、失例題例題2：有一均勻流水管流動(dòng)，管徑有一均勻流水管流動(dòng)，管徑d=200mm，水力坡度，水力坡度J=0.8%，求邊壁上水的切應(yīng)力，求邊壁上水的切應(yīng)力 和半徑為和半徑為80mm處的切應(yīng)力處的切應(yīng)力 。 000.21000 9.810.0083.9244gRJPa0.081000 9.810.0083.13922gR JPa解：解：第28頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失如果您有任何問題，請毫不猶豫地提出如果您有任何問題，請毫不猶豫地提出 !In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !第29頁/共71頁第五章 層

13、流、紊流及其能量損失斷面流速分布特征斷面流速分布特征1. 斷面流速分布斷面流速分布dududydr 2rgR JgJ2durgJdr2gJdurdrv 24gJurC 第30頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失由邊界條件由邊界條件 orr時(shí)時(shí) u = 0 24ogJCr22()4ogJurr24gJurC 22max0416gJgJurd第31頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失2. 流量流量 22()24ogJdQudArrrdr22()24oroogJQrrrdr22()2oroogJrrrdr22411224oroogJr rr448128ogJgJrd第32頁/共71頁第五

14、章 層流、紊流及其能量損失3. 斷面平均流速斷面平均流速 422128324gJdQgJVddA22max0416gJgJurdmax12Vu第33頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失4. 動(dòng)能校正系數(shù)和動(dòng)量校正系數(shù)動(dòng)能校正系數(shù)和動(dòng)量校正系數(shù) 332Au dAV A2243Au dAV A22()4ogJurr22328gJgJVdr第34頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失沿程損失與沿程阻力系數(shù)沿程損失與沿程阻力系數(shù) 232gJVdv232fhgdVv l232flVhgd22264642Re22fl Vl Vl VhVddgdgdg對圓管層流對圓管層流64Re對于沿程損失對于沿

15、程損失22fl vhdg層流層流: :Re64紊流紊流: :?第35頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失051015202502000400060008000100001200014000t(ms)u(cm/s)系列1紊流運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性紊流運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性脈動(dòng)脈動(dòng)第36頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失紊流運(yùn)動(dòng)的?；椒ㄎ闪鬟\(yùn)動(dòng)的模化方法時(shí)間平均法時(shí)間平均法 fff l瞬時(shí)流速，時(shí)均流速，脈動(dòng)流速瞬時(shí)流速，時(shí)均流速，脈動(dòng)流速051015202502000400060008000100001200014000t(ms)u(cm/s)系列1第37頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失脈

16、動(dòng)值的時(shí)均值為零脈動(dòng)值的時(shí)均值為零 11()TTooff dtff dtTT11TToofdtfdtTT0ff1ToffdtT第38頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失均方根值均方根值 122201TffdtT紊動(dòng)強(qiáng)度紊動(dòng)強(qiáng)度 2221()3xyzuuuIu流場的一些基本概念在紊流中的適用性。在時(shí)均意義上，有關(guān)流線、流管、均勻流、非均勻流、恒定流和非恒定流等概念對紊流均適用。流場的一些基本概念在紊流中的適用性。在時(shí)均意義上，有關(guān)流線、流管、均勻流、非均勻流、恒定流和非恒定流等概念對紊流均適用。第39頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失紊流流動(dòng)的近壁特征紊流流動(dòng)的近壁特征 在紊流中，

17、水流貼附在邊界面上的質(zhì)點(diǎn)，邊壁對其橫向運(yùn)動(dòng)有在紊流中，水流貼附在邊界面上的質(zhì)點(diǎn)，邊壁對其橫向運(yùn)動(dòng)有限制作用，質(zhì)點(diǎn)不能摻混而是沿著稍微彎曲，幾乎平行于邊壁的跡限制作用，質(zhì)點(diǎn)不能摻混而是沿著稍微彎曲，幾乎平行于邊壁的跡線慢慢運(yùn)動(dòng)，故脈動(dòng)流速很小，而流速梯度線慢慢運(yùn)動(dòng)，故脈動(dòng)流速很小，而流速梯度du/dy較大，粘性切應(yīng)力較大，粘性切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其流態(tài)基本屬于層流，因而在紊流中并不是整個(gè)液起主導(dǎo)作用，其流態(tài)基本屬于層流，因而在紊流中并不是整個(gè)液流都是紊流，而是流都是紊流，而是緊靠固體邊界有一極薄的層流運(yùn)動(dòng)流層稱為粘性底層；緊靠固體邊界有一極薄的層流運(yùn)動(dòng)流層稱為粘性底層；在層流底層以外是紊流，稱之為

18、紊流區(qū)（是紊流主體）；在層流底層以外是紊流，稱之為紊流區(qū)（是紊流主體）；兩液層還有一層極薄的過渡層，（因該層無研究價(jià)值可不考慮）兩液層還有一層極薄的過渡層，（因該層無研究價(jià)值可不考慮）第40頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失Ks紊流區(qū)紊流流核區(qū)過渡層032.8Red粘性底層的厚度粘性底層的厚度第41頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失流道壁面的類型流道壁面的類型絕對粗糙度絕對粗糙度Ks相對粗糙度相對粗糙度 Ks/d，Ks/R粘性底層厚度粘性底層厚度0隨隨Re 而變。因此，而變。因此，0 和和Ks的關(guān)系有的關(guān)系有0 Ks ；。粗糙度被完全淹沒在粘性底層之中，粗糙。粗糙度被完全淹沒在

19、粘性底層之中，粗糙度對流體的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生影響，邊壁對流體的阻力主要是粘滯阻力。度對流體的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生影響，邊壁對流體的阻力主要是粘滯阻力。例如，在當(dāng)冬季雪下得較厚時(shí)，在崎嶇不平的雪地上滑雪，感覺不例如，在當(dāng)冬季雪下得較厚時(shí)，在崎嶇不平的雪地上滑雪，感覺不到雪地的粗糙不平。到雪地的粗糙不平。 0Ks第42頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 過渡粗糙面過渡粗糙面。當(dāng)粘性底層的厚度不足以完全掩蓋邊壁粗糙度的影響。當(dāng)粘性底層的厚度不足以完全掩蓋邊壁粗糙度的影響，但是，粗糙度還沒有起決定性的作用，這種粗糙面叫做過渡粗糙面。，但是，粗糙度還沒有起決定性的作用，這種粗糙面叫做過渡粗糙面。 0 Ks ；。

20、當(dāng)。當(dāng)Re 較大時(shí)，較大時(shí)，0 6.00.40.4 Ks/06.06.0Ks/00.4判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)紊流粗糙區(qū)紊流粗糙區(qū)紊流過渡區(qū)紊流過渡區(qū)紊流光滑區(qū)紊流光滑區(qū)Re40002000Re4000Re2000紊流紊流流態(tài)過渡區(qū)流態(tài)過渡區(qū)層流層流流態(tài)流態(tài)fhv1.75fhv1.75 2.0fhv2.0fhv(Re,)Ksfd()Ksfd1/30.0025Re64Re1/40.3164Re12.512lg3.7Red 212lg( /2) 1.74sdk第51頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失工業(yè)管道管流的沿程損失工業(yè)管道管流的沿程損失穆迪圖穆迪圖第52頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量

21、損失3.3.紊流光滑區(qū)紊流光滑區(qū)4.4.紊流過渡粗糙區(qū)紊流過渡粗糙區(qū)5.5.紊流粗糙區(qū)紊流粗糙區(qū)00.03sk00.036.0sk06.0sk工業(yè)管道的流區(qū)劃分：工業(yè)管道的流區(qū)劃分： 由圖可見，沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律和尼古拉茲試驗(yàn)基本相同。由圖可見，沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律和尼古拉茲試驗(yàn)基本相同。 差別在于：紊流過渡粗糙區(qū)曲線形狀不同（一個(gè)是沿程增加，另一個(gè)是沿程降低），由該圖得到的沿程阻力系數(shù)和實(shí)際情況較符合。差別在于：紊流過渡粗糙區(qū)曲線形狀不同（一個(gè)是沿程增加，另一個(gè)是沿程降低），由該圖得到的沿程阻力系數(shù)和實(shí)際情況較符合。 第53頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失明渠流的沿程損失明渠

22、流的沿程損失 上面所講到的沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律是近六十年來的研究成果。要用到該成果，必須已知管道當(dāng)量粗糙度，對于明渠當(dāng)量糙度資料較少尚且無法應(yīng)用。上面所講到的沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律是近六十年來的研究成果。要用到該成果，必須已知管道當(dāng)量粗糙度，對于明渠當(dāng)量糙度資料較少尚且無法應(yīng)用。 早在早在200百多年前，人民在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出一套計(jì)算沿程水頭損失的公式。由于這些公式是建立在大量實(shí)際資料的基礎(chǔ)上，并在一定范圍內(nèi)滿足生產(chǎn)需要，故至今在工程實(shí)踐上仍被采用。百多年前，人民在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出一套計(jì)算沿程水頭損失的公式。由于這些公式是建立在大量實(shí)際資料的基礎(chǔ)上，并在一定范圍內(nèi)滿足生產(chǎn)需要，故至今在工程實(shí)

23、踐上仍被采用。 1769年法國工程師謝齊總結(jié)了明渠均勻流的實(shí)測資料，提出了計(jì)算均勻流（紊流）的經(jīng)驗(yàn)公式，稱謝齊公式年法國工程師謝齊總結(jié)了明渠均勻流的實(shí)測資料，提出了計(jì)算均勻流（紊流）的經(jīng)驗(yàn)公式，稱謝齊公式第54頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失lhRCRJCvf 式中，式中，C 稱為謝齊系數(shù)；稱為謝齊系數(shù)；R 水力半徑；水力半徑； J 水力坡度。水力坡度。 gvRlhlhRCRJCvgCff2482 QACRJ 謝齊公式可用于不同的流態(tài)或流區(qū)，只是謝齊系數(shù)是根據(jù)阻力平方區(qū)的紊流實(shí)測資料求得的。謝齊公式可用于不同的流態(tài)或流區(qū)，只是謝齊系數(shù)是根據(jù)阻力平方區(qū)的紊流實(shí)測資料求得的。 謝齊公式只

24、能適用于阻力平方區(qū)的紊流（管流或者明渠流）。謝齊公式只能適用于阻力平方區(qū)的紊流（管流或者明渠流）。第55頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失611RnC式中，式中，n 粗糙系數(shù)，也稱糙率粗糙系數(shù)，也稱糙率，是表征邊界表面影響水流阻，是表征邊界表面影響水流阻力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)。 l曼寧公式（曼寧公式（1890年，年，Manning） l巴普洛夫斯基公式巴普洛夫斯基公式)04. 0m,0.0110 . 31 . 0)m0 . 1(3 . 1)m0 . 1(5 . 1)1 . 0(07513. 05 . 21 nRRnyRnynRnyRnCy使用范圍：近似計(jì)算

25、時(shí)可?。旱?6頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失1.1.紊動(dòng)切應(yīng)力紊動(dòng)切應(yīng)力122.2.紊動(dòng)使流速分布均勻化紊動(dòng)使流速分布均勻化 紊流中由于流體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面流速分布的均勻化。紊流中由于流體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面流速分布的均勻化。第57頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 要求局部水頭損失關(guān)鍵在于局部阻力系數(shù)的確定。只有管道截面突然擴(kuò)大可用解析方法求得局部阻力系數(shù)，其余絕大部分都由實(shí)驗(yàn)測定。要求局部水頭損失關(guān)鍵在于局部阻力系數(shù)的確定。只有管道截面突然擴(kuò)大可用解析方法求得局部阻力

26、系數(shù)，其余絕大部分都由實(shí)驗(yàn)測定。 如圖，流體從斷面較小的管道流入截面突然擴(kuò)大的管道，在管壁拐角與主流束之間形成旋渦。由于流速重新分布及旋渦耗能等原因引起能量損失，這種能量損失可用解析法加以推導(dǎo)計(jì)算。如圖，流體從斷面較小的管道流入截面突然擴(kuò)大的管道，在管壁拐角與主流束之間形成旋渦。由于流速重新分布及旋渦耗能等原因引起能量損失，這種能量損失可用解析法加以推導(dǎo)計(jì)算。第58頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失為此，取斷面為此，取斷面1 11 1、2 22 2及兩斷面之間的管壁為控制面，列兩斷面之間的伯努利方程及兩斷面之間的管壁為控制面，列兩斷面之間的伯努利方程 取取 ，則，則 對控制面內(nèi)的流體沿

27、管軸方向列動(dòng)量方程有對控制面內(nèi)的流體沿管軸方向列動(dòng)量方程有 式中，式中， 為渦流區(qū)環(huán)形面積為渦流區(qū)環(huán)形面積 上的平均壓強(qiáng)，上的平均壓強(qiáng)，l為為1 1、2 2斷面之間的距離。實(shí)驗(yàn)證明斷面之間的距離。實(shí)驗(yàn)證明 ，取，取 ，考慮，考慮2211 12221222jpvpvzzhgggg121221212122jppvvhzzggg11222122 21 1cosp Ap ApAAgA lQvvp21AA1pp 121第59頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失 ，前式可寫成，前式可寫成 由此得由此得 所以所以 結(jié)合連續(xù)性方程，上式可寫為結(jié)合連續(xù)性方程，上式可寫為 當(dāng)管道出口與大面積容器相連接時(shí)，當(dāng)

28、管道出口與大面積容器相連接時(shí)， ，于是，于是 。其它局部裝置的局部阻力系數(shù)可查有關(guān)手冊確定。其它局部裝置的局部阻力系數(shù)可查有關(guān)手冊確定。lzz21cos12221221ppAgAzzQ vv1221221ppvzzvvggg221()2jvvhg2222221112221221112222jjAvvAvvhhAggAgg或或21120AA A A，21112jhvg，22jvhg波達(dá)公式第60頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第61頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第62頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第63頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失第64頁/共71頁

29、第五章 層流、紊流及其能量損失例例如圖所示為用于測試新閥門壓強(qiáng)降的設(shè)備。21的水從一容器通過銳邊入口進(jìn)入管系，鋼管的內(nèi)徑均為50mm，絕對粗糙度為0.04mm，管路中三個(gè)彎管的管徑和曲率半徑之比d/R=0.1。用水泵保持穩(wěn)定的流量12m3h,若在給定流量下水銀差壓計(jì)的示數(shù)為150mm，試求：6.5m2m2m4m150mm1.8m水泵水銀（3）計(jì)算閥門前水的計(jì)示壓強(qiáng)；（4）不計(jì)水泵損失，求通過該系統(tǒng)的總損失，并計(jì)算水泵供給水的功率。（1）水通過閥門的壓強(qiáng)降； （2）計(jì)算水通過閥門的局部損失系數(shù)；第65頁/共71頁第五章 層流、紊流及其能量損失【解】管內(nèi)的平均流速為 m/s2244 121.6993.14 0.053600qvd(1)閥門流體經(jīng)過閥門的壓強(qiáng)降 1852215. 0807. 9)100013600()(ghpHgPa（3）計(jì)算閥門前的計(jì)示壓強(qiáng)，由于要用到粘性流體的伯努里方程，必須用有關(guān)已知量確定方程中的沿程損失系數(shù)。(2)閥門的局部損失系數(shù)由 解得gpgvhj2283.12699. 11000185222222vp21的水密度近似取1000kg/m3，其動(dòng)力粘度為330221.792 100.993 101 0.03370.0002211 0.03