工程流體力學(xué)流力課件efm chapter

1“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014第六章不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)Chapter6InternalIncompressibleViscousFlow2“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014第六章不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)Chapter6InternalIncompressibleViscousFlow§6.1流動(dòng)阻力§6.2圓管內(nèi)層流§6.3平板間的層流§6.4圓管內(nèi)湍流§6.5沿程阻力系數(shù)與局部阻力系數(shù)§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失§6.7管路計(jì)算3“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014第六章不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)Chapter6InternalIncompressibleViscousFlow內(nèi)部流動(dòng):流體被固體壁面包圍，在管道或渠道中的流動(dòng)。理想流體：流體間無(wú)粘性，無(wú)切向應(yīng)力，流動(dòng)時(shí)總水頭保持不變。粘性流體：流體間有粘性，有切向應(yīng)力有一個(gè)從零變化到主流速度的流速變化區(qū)域相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的流層之間存在切向應(yīng)力，形成阻力要克服阻力，維持粘性流體流動(dòng)，要消耗機(jī)械能機(jī)械能不守恒4“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.1流動(dòng)阻力6.1.1不可壓縮粘性流體總流的伯努里方程對(duì)于不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)，由理想流體伯努里方程反映的流動(dòng)中總機(jī)械能守恒的規(guī)律不再成立。HeadLossVmaxV5“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014粘性流體沿流線（或微元流束）的伯努里方程：hwl

——單位重量流體沿一根流線從上游1點(diǎn)流至下游2點(diǎn)所消耗的機(jī)械能，J/N?？偭鳎翰豢蓧嚎s粘性流體在有限有效截面的管道或渠道等的內(nèi)部流動(dòng)。由于總流在各截面上流速不一致，而應(yīng)用平均速度時(shí)，必須剩上總流的動(dòng)能修正系數(shù)?！?.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)6“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014動(dòng)能修正系數(shù)的導(dǎo)出(ρ=c):§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)注：α＝1.01～1.10，工程計(jì)算中可近似認(rèn)為α=1；湍流比層流更接近于1。7“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)不可壓粘性流體總流伯努里方程：?jiǎn)挝恢亓苛黧w平均損失的能量：急變流：緩變流：流線間夾角很小，流線的曲率半徑很大的流動(dòng)稱為緩變流，否則為急變流8“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)9“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014總流能量方程幾點(diǎn)說(shuō)明與分析⑴使用條件①定常流動(dòng)；②不可壓縮流體；③作用于流體上的質(zhì)量力只有重力；④所選取的兩個(gè)計(jì)算斷面應(yīng)符合漸變條件，但兩計(jì)算斷面之間允許存在急變流；⑤粘性流體§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)10“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)（2）兩斷面之間有分流或匯流根據(jù)能量守恒定理和連續(xù)性方程(同一種流體)：11“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014可得：即得：§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)12“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014（3）兩斷面之間有機(jī)械能的輸入和輸出只要在相應(yīng)側(cè)加上或減去輸入或輸出的能量即可如水泵或水壓機(jī)§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)13“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.1.2流動(dòng)阻力損失：由流動(dòng)阻力引起的能量損失

§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)沿程阻力損失沿程阻力損失：局部阻力損失位置：發(fā)生在緩變流整個(gè)流程中，原因：是由流體粘性力造成的損失?！爻套枇ο禂?shù)達(dá)西(Darcy)公式

與雷諾數(shù)、管壁粗糙度、流動(dòng)狀態(tài)關(guān)聯(lián)

14“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.1流動(dòng)阻力（續(xù)）HeadLoss(cont’d)局部阻力損失：—局部阻力系數(shù)，是一個(gè)無(wú)因次數(shù),由實(shí)驗(yàn)確定。位置：發(fā)生在流動(dòng)狀態(tài)急劇變化的急變流中原因：流體微團(tuán)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生漩渦等原因。15“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例1水流通過(guò)如圖所示管路系統(tǒng)流入大氣，已知U形管中水銀柱高差hp=0.25m，水柱高h(yuǎn)1=0.92m，管徑d1=0.1m，管道出口直徑d2=0.05m，不計(jì)損失，求管中通過(guò)的流量？16“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014解：①選基準(zhǔn)面以管道出口斷面形心的水平面為基準(zhǔn)面②選過(guò)流斷面選安裝U形管的管道斷面為1-1斷面；以管道出口斷面為2-2斷面③選計(jì)算點(diǎn)計(jì)算點(diǎn)均取在管軸中心上④列1-1，2-2斷面的間能量方程其中：解得：17“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014

離心水泵的體積流量為Ｑ＝20m3/h,安裝高度hs=5.5m，吸水管內(nèi)徑d2=100mm，吸水管的總損失hw＝0.25m水柱，水池的面積足夠大，求水泵進(jìn)水口2-2處以毫米水銀柱表示的真空。例218“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014Ｑ＝20m3/h,hs=5.5m,d2=100mm,hw＝0.25m水柱解：①選擇緩變截面：池面1-1，進(jìn)水口2-2②總流的伯努里方程：

求p2：z1=0z2=5.5mp1=pa，V1=0，hw=0.25m水柱19“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014③真空為水銀柱表示的真空為：

米水柱毫米水銀柱20“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.2圓管內(nèi)層流LaminarFullyDevelopedPipeFlowumaxxp1p2rlud6.2.1

圓管內(nèi)層流流動(dòng)的微分方程1）

取一半徑為r,長(zhǎng)度為l的微元圓柱體2）

X向受力分析

壓力：p1，p2=p1-Δp；粘性力：τ圓管內(nèi)充分發(fā)展層流流動(dòng)(Re<2000)21“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)負(fù)號(hào)表示3）.

列出該微元圓柱體處于平衡狀態(tài)：軸線處流速最大22“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.2.2速度分布、流量、切應(yīng)力§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)上式為哈根-泊蕭葉（Hagen-Poiseuille）公式23“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014平均流速V由速度分布可得切應(yīng)力：§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)圓管內(nèi)層流流動(dòng)的動(dòng)能修正系數(shù)：24“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)6.2.3

沿程阻力公式由哈根公式單位重量流體的能量損失沿程阻力系數(shù)λ僅與雷諾數(shù)有關(guān)，與管道壁面粗糙與否無(wú)關(guān)。25“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)6.2.4入口段與充分發(fā)展的管內(nèi)流動(dòng)26“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)層流：湍流：27“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例：d=10的管路，輸入油量Q＝0.6L/s，設(shè)ρ＝850kg/m3，υ＝1.85×10－5m2/s。求：（1）管中心的速度（2）管壁切應(yīng)力（3）每米管長(zhǎng)的損失。（1）（2）（3）§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)28“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例:在長(zhǎng)度l=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送γ=9.31kN/m3的重油，其重量流量G=2371.6kN/h，求油溫分別為100C(ν=25cm2/s)和400C(ν=1.5cm2/s)時(shí)的水頭損失。解：體積流量

平均速度

1）100C時(shí)的雷諾數(shù)

2）400C時(shí)的雷諾數(shù)§6.2圓管內(nèi)層流（續(xù)）LaminarFullyDevelopedPipeFlow(cont’d)29“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.3平板間的層流LaminarFlowinParallelPlatesxp1p2Lu=u(y)2hUy流動(dòng)僅沿x方向，流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)(定常)的，質(zhì)量力只有重力，在x方向動(dòng)量方程：§6.3.1

平板間層流流動(dòng)的微分方程和速度分布30“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.3平板間的層流（續(xù)）LaminarFlowinParallelPlates(cont’d)邊界條件：xp1p2Lu=u(y)2hUy而壓強(qiáng)p只沿著x方向變化，dp/dx與y無(wú)關(guān)。31“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.3平板間的層流（續(xù)）LaminarFlowinParallelPlates(cont’d)泊肅葉(Poiseuille)流動(dòng)（單一壓強(qiáng)梯度作用）xp1p2Lu=u(y)2hUy庫(kù)艾特（Couette）剪切流

拋物線分布線性分布（運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)）平板間定常流動(dòng)視為兩種流動(dòng)的疊加32“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.3平板間的層流（續(xù)）LaminarFlowinParallelPlates(cont’d)速度分布無(wú)因次化：逆壓強(qiáng)流動(dòng)正壓強(qiáng)流動(dòng)其中，無(wú)量綱壓力梯度

無(wú)壓差33“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例6-2gh一塊與水平面成θ角的斜平板，在垂直圖面的z方向?yàn)闊o(wú)限長(zhǎng)。動(dòng)力粘度為的液體，在重力作用下沿平板作定常層流運(yùn)動(dòng)。假定液體層厚度為h，上表面是大氣壓pa，如圖所示。試求流層內(nèi)的壓強(qiáng)和速度分布表達(dá)式，以及z方向取單位長(zhǎng)度的流量表達(dá)式。34“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014xygfyfxh流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)的，液體沿x方向單向流動(dòng)，v=w=0，有關(guān)v，w的各階導(dǎo)數(shù)也為零解：(1)用N-S方程求解35“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014N-S方程簡(jiǎn)化為xygfyfxh積分得，解（續(xù)）壓強(qiáng)分布沿x不變36“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014解（續(xù)）連續(xù)性方程x向動(dòng)量方程積分得，

y＝0，u＝0y＝h

，37“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014xygfyfxhp-dydx(2)微元體受力分析方法解：y向力平衡：

x向力平衡：38“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑UG流體潤(rùn)滑的核心：不平行平板間不可壓縮粘性流體的層流流動(dòng)

水平滑動(dòng)軸承徑向滑動(dòng)軸承保角變換39“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）ULxyh1h2h(x)N-S方程:40“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）ULxyh1h2h(x)z方向足夠?qū)挘液雎远瞬啃?yīng)，下板以速度U沿x方向勻速運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于不平行平板間不可壓縮粘性流體沿x方向的流動(dòng)，故僅考慮x方向:41“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014邊界條件：6.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）ULxyh1h2h(x)壓強(qiáng)只沿x變化，u僅隨y變化42“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）x方向動(dòng)量方程對(duì)y積分兩次，流量壓強(qiáng)分布43“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）44“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）pxpmaxULxyh1h2h單位寬度軸承承載力其中，45“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.3.2流體潤(rùn)滑（續(xù)）單位寬度摩擦阻力k1

＝2.2時(shí)，h2

Lpt,max

>>F46“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流TurbulentFlowsinPipes湍流流動(dòng)中,流體的質(zhì)點(diǎn)作隨機(jī)運(yùn)動(dòng),與層流差異極大湍流的重要特性:隨機(jī)性擴(kuò)散性有渦性耗散性47“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.4.1湍流流動(dòng)的時(shí)均值湍流流動(dòng)中，瞬時(shí)物理量可表示成時(shí)均值與脈動(dòng)值之和：物理量的脈動(dòng)值的時(shí)均值為零：§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)湍流的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)服從平均規(guī)律48“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)6.4.2雷諾應(yīng)力牛頓切應(yīng)力τl

在粘性流體的層流流動(dòng)中，由流層之間速度不同引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的。雷諾應(yīng)力τt

在粘性流體的湍流流動(dòng)中，由于橫向脈動(dòng)導(dǎo)致流體流層之間動(dòng)量交換引起的，因此也稱為湍流脈動(dòng)切應(yīng)力。49“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)粘性流體管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)，湍流切應(yīng)力τ由牛頓切應(yīng)力τl和雷諾應(yīng)力τt兩部分組成，即，湍流粘性系數(shù)它不是物性，而是隨著流體湍流脈動(dòng)的大小而變化的量。50“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)它取決于流體的密度、時(shí)均速度梯度以及普朗特混合長(zhǎng)。湍流運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)類似于氣體分子運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng)一個(gè)自由行程l，普朗特稱之為混合長(zhǎng)。51“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)6.4.3水力粗糙與水力光滑粘性流體作管內(nèi)湍流流動(dòng)：湍流核心區(qū)（τt為主）過(guò)渡區(qū)層流底層（τl為主）湍流區(qū)層流底層的厚度δ：壁面粘性阻力的作用，使得壁面附近的流體脈動(dòng)消失52“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)管壁絕對(duì)粗糙度ε

管壁粗糙凸出部分的平均高度。管壁相對(duì)粗糙度ε/d

絕對(duì)粗糙度ε與管徑d之比。

層流底層很薄，但對(duì)流動(dòng)阻力有重要的作用，且與管壁絕對(duì)粗糙度（ε）關(guān)聯(lián)53“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)水力粗糙： 當(dāng)δ<ε時(shí)，管壁粗糙度對(duì)管內(nèi)湍流流動(dòng)發(fā)生影響。這時(shí)的管道稱為“水力粗糙管”,阻力損失才體現(xiàn)。水力光滑： 當(dāng)δ>ε時(shí)，管壁的粗糙凸出部分對(duì)湍流流動(dòng)毫無(wú)影響，湍流流體就像在完全光滑的管子中流動(dòng)一樣。這時(shí)的管道稱為“水力光滑管”。54“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)6.4.4圓管內(nèi)湍流流動(dòng)的速度分布層流底層（由于很薄）Re越大，管中心的速度分布越平坦，壁面附近速度梯度越大。

令------切向應(yīng)力速度（或摩擦速度）[速度量綱]代入上式得：55“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.4管內(nèi)湍流（續(xù)）TurbulentFlowsinPipes(cont’d)湍流區(qū)（雷諾應(yīng)力為主）：水力光滑管水力粗糙管或利用層流、湍流分界面流速u(mài)δ可得積分常數(shù)，故馮卡曼（VonKarman）1/7次方規(guī)律56“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)MajorLossesandMinorLosses流動(dòng)阻力損失：沿程阻力損失局部阻力損失57“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20146.5.1沿程阻力系數(shù)與莫迪圖過(guò)渡區(qū)§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)臨界區(qū)湍流光滑管區(qū)湍流粗糙管區(qū)：層流區(qū)：58“EngineeringFluidMechanics”,Spring,20141、層流區(qū)(Re<2000)§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)2、臨界區(qū)(2000<Re<4000)3、湍流光滑管區(qū)4、過(guò)渡區(qū)5、湍流粗糙管區(qū)59“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)60“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014

解：鍍鋅管且：符合條件：例題：長(zhǎng)度為1000m，內(nèi)徑為200mm的普通鍍鋅鋼管，用來(lái)輸送重油，測(cè)得其流量。問(wèn)其沿程損失為若干？61“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014驗(yàn)算：采用布拉修斯公式：

故：即：為水力光滑管

62“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014

解：層流冬季時(shí)：

冬季時(shí)：紊流夏季時(shí)：例題：長(zhǎng)度為300m，直徑為200mm的新鑄鐵管，用來(lái)輸送的石油，測(cè)得其流量。如果冬季時(shí)，。夏季時(shí)，。問(wèn)在冬季和夏季中，此輸油管路的沿程損失為若干？63“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014由：冬季時(shí)：夏季時(shí)為紊流：查莫迪圖新鑄鐵管64“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014

例：已知通過(guò)直徑d=200mm，長(zhǎng)l=300m，絕對(duì)粗糙度ε=0.4mm的鑄鐵管道的油的體積流量Q=1000m3/h，運(yùn)動(dòng)粘度ν=2.5×10-6m2/s，試求單位重量流體的能量損失hf解：hf→λ→Re→V

查莫迪圖知：流動(dòng)處于湍流粗糙管平方阻力區(qū)，代入達(dá)希公式，得：65“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014ExampleAirunderstandardconditionsflowsthrougha4.0mmdiameterdrawntubingwithanaveragevelocityofV=50m/s.Forsuchconditionstheflowwouldnormallybeturbulent.However,ifprecautionsaretakentoeliminatedisturbancestotheflow,itmaybepossibletomaintainlaminarflow.Determinethepressuredropina0.1msectionofthetubeiftheflowislaminar.Repeatthecalculationsiftheflowisturbulent.66“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014SolutionForairunderstandardconditions,

=1.23kg/m3,=1.7910-5Ns/m2(a)Iftheflowwerelaminar,(b)Iftheflowwereturbulent,

=0.0015mm,

/d=0.000375mm=0.028MoodyChart67“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)68“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)6.3.2局部阻力系數(shù)局部阻力損失：對(duì)于工程中的大部分情況，局部阻力系數(shù)：69“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014如圖，截面分別為A2和A1的大、小兩個(gè)管道連接在一起，試推導(dǎo)粘性流體從截面為A1的小截面管道流向截面為A2的大截面管道時(shí)，由管道截面突然擴(kuò)大所產(chǎn)生的局部阻力損失hj及相應(yīng)的局部阻力系數(shù)ζ。壁面光滑例70“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014伯努利方程：得，解：流體視為不可壓縮流體實(shí)驗(yàn)證明，

p

p1p1p2p

p1p

p171“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014p1p2p

p1p

p1動(dòng)量方程：實(shí)驗(yàn)證明，

p

p1，則動(dòng)量方程為解（續(xù)）連續(xù)性方程：取圖中所示控制體72“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014解（續(xù)）則，73“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)=0.8=0.5=0.2=0.04入流條件與阻力系數(shù)：74“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.5沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)（續(xù)）MajorLossesandMinorLosses(cont’d)小截面進(jìn)極大截面=1.0=1.0=1.0=1.075“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014ExampleWaterat10C(=1.307106m2/s)istoflowfromreservoirAtoreservoirBthroughacast-ironpipe(=0.26mm)oflength20matarateofQ=0.0020m3/sasshowninthebelowfigure.Thesystemcontainsasharp-edgedentranceandsixregularthreaded90elbows.Determinethepipediameterneeded.76“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失HeadLossinPipeFlow6.6.1單一圓管內(nèi)流動(dòng)的能量損失沿程阻力系數(shù)：

局部阻力系數(shù)：＝const（對(duì)于一般工程問(wèn)題）故對(duì)于圓管，則什么是單一圓管?

能量損失:

77“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)三種形式的待求問(wèn)題：形式一已知：Q，d（和ε，l，ν，ζ），求hw78“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)形式二(反問(wèn)題)已知：d，hw（和ε，l，ν，ζ），求Q

79“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)已知：Q，hw（和ε，l，ν，ζ），求d

形式三（反問(wèn)題）80“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例題h一100m長(zhǎng)的光滑管連在一大容器上，如圖所示。容器必需保持多高的水位，以使管中體積流量保持在0.0084m3/s。已知光滑管的內(nèi)徑為75mm，入口為直角型，水排出到大氣環(huán)境。81“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014解：h由伯努利方程p1=p2=pa,V1

0,V2=V,2=1.0,z1–z2=h82“EngineeringFluidMechanics”,Spring,201483“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014解（續(xù)）h取T=20C,=999kg/m3,=1.010-3kg/(ms)對(duì)于光滑管，由MoodyChart，=0.017（也可以用布拉休斯公式計(jì)算）84“EngineeringFluidMechanics”,Spring,201425m180m10cm例題消防水塔豎管高25m，水平管長(zhǎng)180m大約20年管齡鑄鐵管內(nèi)徑D＝10cm，有一個(gè)閘閥，其它局部損失可以忽略。求最大水流量Qmax

？85“EngineeringFluidMechanics”,Spring,201486“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)6.6.2非圓形管內(nèi)流動(dòng)的能量損失計(jì)算非圓形管內(nèi)流動(dòng)的沿程阻力損失時(shí)，用當(dāng)量直徑De代替管徑d，但計(jì)算流量或流速時(shí)，使用實(shí)際面積。此外，計(jì)算相對(duì)粗糙度和Re數(shù)也要用當(dāng)量直徑De計(jì)算，即相對(duì)粗糙度＝87“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014【例】有一長(zhǎng)方形風(fēng)道長(zhǎng)40m，截面積A＝0.5×0.8m2，管壁絕對(duì)粗糙度0.19mm，輸送t=20℃的空氣，流量21600m3/h，試求在此段風(fēng)道中的沿程損失。20℃空氣的運(yùn)動(dòng)黏度1.63×10-5m2/s，密度1.2kg/m3。當(dāng)量直徑:

【解】平均流速（用實(shí)際面積計(jì)算）:題例88“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014雷諾數(shù):

相對(duì)粗糙度:查莫迪曲線得:沿程損失（注意單位?。┭爻虊簭?qiáng)損失:題例(續(xù))89“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例:當(dāng)流動(dòng)處于湍流粗糙管平方阻力區(qū)時(shí)，用邊長(zhǎng)為a的正方形管代替直徑為d的圓管，長(zhǎng)度、絕對(duì)粗糙度、體積流量、沿程損失不變，求a與d的關(guān)系。解:題例(續(xù))流動(dòng)處于湍流粗糙管平方阻力區(qū)時(shí)，沿程阻力系數(shù)與Re無(wú)關(guān)。90“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014三、虹吸1、什么是虹吸？h1h2123§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)2、如何產(chǎn)生虹吸？3、虹吸流量怎么確定？4、最大吸入高度怎么確定？2截面前長(zhǎng)l1,2截面后長(zhǎng)l2液體由管道從較高液位的一端經(jīng)過(guò)高出液面的管段自動(dòng)流向較低液位的另一端的作用。管道2-3中液體依靠重力向下流動(dòng)在截面2產(chǎn)生真空。91“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)6.6.4孔板流量計(jì)92“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014流量系數(shù)a與流通面積、邊緣不尖銳度、黏度關(guān)聯(lián)修正式:§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)局部阻力系數(shù)ζ一般指主流速度而言93“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)極限雷諾數(shù)下(不隨Re變化)Ku為黏度修正系數(shù)94“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)流體在浮子上、下之間產(chǎn)生壓差，浮子在此壓差作用下上升。當(dāng)浮子上升的力與浮子所受的重力，浮力及粘性力三者的合力相等時(shí)，浮子處于平衡位置，即此時(shí)為流體的瞬時(shí)流量。

局部阻力元件為浮子95“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.6管內(nèi)流動(dòng)的能量損失（續(xù)）HeadLossinPipeFlow(cont’d)流體推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn),葉輪周期性地改變電磁感應(yīng)系統(tǒng)中的磁組值,使通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生電流脈沖信號(hào),經(jīng)處理后傳至二次儀表或現(xiàn)場(chǎng)。

電磁渦輪流量計(jì)96“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算MultiplePipeSystems6.7.1串聯(lián)管路Q=Q1=Q2=……=Qnhw=hw1+hw2+……+hwn兩個(gè)特點(diǎn):

97“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014串聯(lián)管路的計(jì)算主要是下列兩類問(wèn)題：§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)（1）已知流過(guò)串聯(lián)管路的流量Q，求所需總水頭H。（2）已知總水頭H，求通過(guò)的流量Q。98“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)99“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)求所需總水頭H：100“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)求通過(guò)的流量Q：101“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)6.7.2并聯(lián)管路兩個(gè)特點(diǎn):

102“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)（1）已知并聯(lián)管路的允許壓力損失，求總流量Q。并聯(lián)管路，一般也是兩類計(jì)算問(wèn)題：（2）已知總流量Q，求各分管道的流量及能量損失。103“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)由并聯(lián)管路的允許壓力損失，求總流量Q104“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)由總流量Q，求各分管道的流量及能量損失105“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)復(fù)雜管路106“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)復(fù)雜管路107“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014【例】如圖所示，水平短管從水深H=16m的水箱中排水至大氣中，管路直徑50mm，70mm，閥門(mén)阻力系數(shù)4.0，只計(jì)局部損失，不計(jì)沿程損失，并認(rèn)為水箱容積足夠大，試求通過(guò)此水平短管的流量。（忽略出口局部損失）

§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)108“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014【解】列截面0—0和1—1的伯努利方程由表查得：通過(guò)水平短管的流量：§6.7管路計(jì)算（續(xù)）MultiplePipeSystems(cont’d)109“EngineeringFluidMechanics”,Spring,2014例：蒸汽機(jī)冷卻水經(jīng)過(guò)