流動阻力與水頭損失

流動阻力與水頭損失第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日教學(xué)目的和要求掌握流體運動的兩種形態(tài)及其判別方法熟悉圓管中層流運動規(guī)律，紊流特征、紊流時均化概念熟悉沿程水頭損失的成因和阻力系數(shù)的變化規(guī)律掌握沿程水頭損失的計算方法熟悉局部水頭損失的成因和計算方法第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日重點兩種流態(tài)的特點、判別、雷諾數(shù)的物理意義沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律與計算達西公式謝才公式、曼寧公式、糙率n

局部水頭損失計算返回第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日§4.1流動阻力和水頭損失分類一.能量損失的工程意義及產(chǎn)生條件流體的粘滯性邊界的影響

第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.流動阻力與水頭損失的兩種型式

沿程阻力τ和沿程水頭損失hf

局部阻力和局部水頭損失hj（或hm）總水頭損失hw=hf+hm返回第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日§4.2實際流體流動的兩種型態(tài)一.雷諾實驗實驗裝置第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日步驟層流變紊流：Vcˊ（上臨界流速）紊流變層流：Vc且Vc<Vcˊ問題：若顏色流體與運動流體的比重不同時，怎樣改進？第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.層流和紊流的判別標準臨界雷諾數(shù)：RecRe=Vd/v——慣性力/粘滯力圓管：Re=Vd/v，Rec=2300；對非圓管：Re=VR/v，Rec=575其中R為水力半徑，R=W/X。X為濕周——斷面上固體邊壁與流體相接觸的周長。如圓管R=r/2.例。返回第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日§4.3均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系----均勻流基本方程對1-1,2-2寫能量方程:通過力的平衡分析可得：整理后得到：(z1+p1/r)-(z2+p2/r)＝第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日可得：注意：1.適用于任何大小的流束。2.τ與R成正比，當ω一定時，X越小，R越大，hf越小。

第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日§4.4圓管中的層流流動一、斷面上的切應(yīng)力分布在徑向上是線性分布管壁處，最大管軸處，最小，為0

長直圓管中的層流流動－－泊肅葉（Poiseuille）流動

第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日返回為拋物線分布。二、斷面流速分布特征第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日四.沿程損失的通用公式

－－達西—魏斯巴哈公式λ：沿程阻力系數(shù)注意：1.層流中，λ=f（Re）;

紊流中，λ=f（Re,△）

2.只適用于均勻流,在管路進口附近無效。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日§4.5圓管中的紊流運動

一、紊流運動要素的脈動及時均化脈動瞬時值脈動值時間平均值第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日注意：紊流是非恒定流時均值不能反映脈動的影響。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.紊流切應(yīng)力層流中切應(yīng)力由粘性引起紊流時切應(yīng)力的組成1.時均流速相對運動產(chǎn)生的粘滯力

2.由脈動產(chǎn)生的附加切應(yīng)力紊動充分時，附加切應(yīng)力遠遠大于粘滯力第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日三.圓管紊流流核與粘性底層粘性底層紊流區(qū)：包括過渡層和紊流流核區(qū)。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日四.流道壁面的類型水力光滑壁面δl>△水力粗糙壁面δl<△過渡粗糙壁面

第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日

六.圓管紊流的流速分布粘性底層：直線分布紊流流核過流斷面：對數(shù)曲線分布第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日據(jù)實測，umax

發(fā)生管軸，且Re=2700，V=0.75umax；Re=106，V=0.85umax，Re=108，V=0.95umax。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日§4.6沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律及影響因素一.尼古拉茲試驗根據(jù)量綱分析λ=f（Re,△/d)第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日以lgRe為橫坐標，lg(100λ）為縱坐標，以(△/d)為參數(shù)，得出實驗曲線，如圖。第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日第Ⅰ區(qū)：層流區(qū)，Re＜2300，λ=f（Re）=64/Re，λ與無關(guān)。第Ⅱ區(qū)：層流與紊流之間的過渡區(qū)，2300＜Re＜4000，λ與Re有關(guān)，與△/d無關(guān)。第Ⅲ區(qū):水力光滑區(qū)，Re>4000，λ=f（Re）=64/Re，λ與△/d無關(guān)。當Re=3000-105用伯拉修斯公式當Re=104-106用普朗特公式或尼古拉池公式第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第Ⅳ區(qū):水力光滑與水力粗糙的過渡區(qū)λ=f（Re，△/d）第Ⅴ區(qū):水力粗糙區(qū)：λ=f（△/d）實驗的意義第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.實際管道的沿程損失工業(yè)管道λ規(guī)律：1.在水力光滑區(qū)，二者規(guī)律相同2.在粗糙區(qū)，λ有相同的變化規(guī)律，計算公式相同。當量糙粒高度：通過管段的沿程水頭損失試驗，將實驗結(jié)果與人工砂粒加糙結(jié)果比較，具有相同沿程阻力系數(shù)值的人工砂粒粗糙度即可作為試驗管的當量粗糙度。3.第二過渡區(qū)，λ的變化規(guī)律有很大差別。人工管道λ隨Re增大而增大，工業(yè)管道則相反第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日三、計算的經(jīng)驗公式1.紊流光滑區(qū)：尼古拉茲公式：布拉休斯公式：2.阻力平方區(qū)：3.過渡粗糙區(qū)：很復(fù)雜?？铝胁剪斂斯剑旱诙?，共二十九頁，2022年，8月28日四.明渠流的沿程損失謝才（Chezv）公式V=C

謝才系數(shù)用曼寧和巴氏公式確定。曼寧公式：C=

巴氏公式：C=返回第二十七頁，共二十九頁，2022年