《第四章流動阻力和水頭損失課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第四章流動阻力和水頭損失課件.ppt（48頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、,水力坡度,稱為水力坡度,水頭線的斜率冠以負(fù)號,測壓管坡度,稱為測壓管坡度,位置水頭線一般為總流斷面中心線。 測壓管水頭線可能在位置水頭線以下，表示當(dāng)?shù)貕簭娛秦?fù)值。,恒定總流能量方程的幾何表示水頭線總水頭線為一條逐漸下降的直線或曲線,注意：,L,L,L,流動阻力和損失的兩種類型 雷諾試驗層流和紊流 均勻流基本方程 圓管中的層流運動 紊流運動 沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 局部阻力及損失的計算,第四章 流動阻力和水頭損失,4-1 流動阻力和水頭損失分類,沿程水頭損失在均勻流段（包括漸變流）中產(chǎn)生的流動阻力為沿程阻力（或摩擦阻力），由此引起的水頭損失，與流程的長度成正比，用hf表示；局部水頭損失在非均勻

2、流段（流動邊界急劇變化-急變流）中產(chǎn)生的流動阻力為局部阻力，由此引起的水頭損失，取決于管配件的形式，用hj表示；,一、水頭損失,某一流段的總水頭損失：,各分段的沿程水頭損失的總和,各種局部水頭損失的總和,1.沿程阻力沿程損失(長度損失、摩擦損失),達(dá)西-魏斯巴赫公式,沿程阻力系數(shù),2.局部阻力局部損失,局部阻力系數(shù),二、流動阻力 hw流體粘性引起,3.總能量損失,4.用水頭線表示,*說明幾點,粘性流體的兩種流態(tài),1.雷諾實驗（1883年）,（a）層流（b）臨界狀態(tài)（c）紊流,下臨界流速vc臨界流速,上臨界流速vc,4-2雷 諾 試 驗,2.分析雷諾實驗,層流,紊流,結(jié)論：流態(tài)不同，沿程損失規(guī)律

3、不同,3.雷諾數(shù),Rec臨界雷諾數(shù)（2300左右）Re=vd/雷諾數(shù)（無量綱）ReRec紊流（包括層流向紊流的臨界區(qū)20004000）,結(jié)論：用雷諾數(shù)判斷流態(tài),計算公式：,68例題,問題：雷諾實驗揭示了（ ）與（ ）的關(guān)系。雷諾實驗發(fā)現(xiàn)了流體流動中存在兩種性質(zhì)不同的形態(tài)，即（ ）和（ ） 。vc和vc分別表示什么，比較它們的大小。當(dāng)vvc時， hfv（）。 雷諾數(shù)Re計算表達(dá)式為（ ）。通常其數(shù)值在（ ）附近。,非圓管流動流態(tài)的判別：,對于非圓形斷面管道和明渠水流，則采用特征長度R（水力半徑）表示。 過流斷面上流體與固體接觸的周界，簡稱濕周。相應(yīng)的臨界雷諾數(shù)為,4-3沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系

4、（均勻流基本方程）,各力之間的平衡式:兩斷面的能量方程:均勻流基本方程式 分析其意義，R意義切應(yīng)力分布:,1.切應(yīng)力分布2.層流、紊流均適用,4-4 圓管中的層流運動,質(zhì)點運動特征（圖示）：,液體質(zhì)點是分層有條不紊、互不混雜地運動著,切應(yīng)力：,流速分布（推演）：,斷面平均流速：,流速最大值:,-拋物型流速分布,拋物面流速分布,3.沿程損失系數(shù),P71 公式(4-13）（4-14）,圓管層流運動過流斷面上速度為（ ）分布，其表達(dá)式 ，斷面平均速度是最大速度的（ ）。圓管層流中沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系式（ ）。,所以：,55例4-2：應(yīng)用細(xì)管式粘度計測油的粘度，細(xì)管d=6mm，l=2m，Q=

5、77cm3/s，水銀壓差計讀值h=30cm，水銀密度m=13600kg/m3，油的密度=900kg/m3，求油的運動粘度.,解得運動粘度,校核流態(tài),計算成立,4-5 紊 流 運 動,1.紊流的特性,渦體的產(chǎn)生, 各流層間的質(zhì)點運動極不規(guī)則，相互摻混，其運動要素在空間、時間上均呈現(xiàn)隨機的脈動現(xiàn)象。,2.紊流運動的時均化和脈動性,（1）瞬時速度u,（2）時均速度,（3）脈動速度u,（4）斷面平均速度v,即把紊流運動看成為是時均流動和脈動流動的疊加,紊流的切應(yīng)力,紊流運動分解為兩種流動的疊加：時均運動脈動運動a、時均運動流層間產(chǎn)生的粘性切應(yīng)力：,b、脈動流動引起的切應(yīng)力（附加切應(yīng)力、慣性切應(yīng)力、雷諾

6、切應(yīng)力）,C、切應(yīng)力,由相鄰兩流層間時間平均流速相對運動所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力,純粹由脈動流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)力,6.紊流流動結(jié)構(gòu)圖,粘性底層在固體邊壁處存在一層極薄的，紊動附加切應(yīng)力很小忽略不計，粘性切應(yīng)力占主導(dǎo)地位的極薄流體層。也稱層流底層。其厚度與雷諾數(shù)成反比。,粘性底層雖然很薄，但卻對紊流流速分布和流動阻力具有重大影響,1層流底層；2過渡區(qū)；3紊流核心,4-6 沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律,k絕對粗糙度k/d相對粗糙度,1.尼古拉茲實驗（1933-1934）,（1）實驗曲線,人工粗糙（尼古拉茲粗糙）,尼古拉茲實驗層流區(qū),2.層流向紊流的過渡區(qū),范圍很小，實用意義不大；,4.紊流過渡區(qū),5.紊流粗

7、糙區(qū)（阻力平方區(qū)）,3.紊流光滑區(qū),（2）變化規(guī)律層流底層的變化,紊流光滑區(qū),紊流過渡區(qū),紊流粗糙區(qū),2.紊流沿程損失系數(shù)（半經(jīng)驗公式）,（1）紊流光滑區(qū),尼古拉茲光滑區(qū)公式,采用此式求解較困難,（2）紊流粗糙區(qū),尼古拉茲粗糙區(qū)公式,（3）紊流過渡區(qū),a.工業(yè)管道,當(dāng)量粗糙度ke和工業(yè)管道粗糙區(qū)值相等的同直徑的尼古拉茲粗糙管的粗糙度,常用工業(yè)管道的ke,b.柯列勃洛克公式,此式為尼古拉茲光滑區(qū)和粗糙區(qū)公式的疊加,c.莫迪圖按柯氏公式計算,經(jīng)驗公式,1.水力光滑區(qū)：布拉修斯公式（e100000),2.粗糙區(qū)：希弗林松公式,3.舍維列夫公式:紊流過渡區(qū),v1.2m/s 粗糙區(qū),v1.2m/s,適用

8、于舊鋼管和舊鑄鐵管,4.謝才公式-流速與水力坡度、水力半徑關(guān)系 謝才系數(shù)；水力半徑；水力坡度。（1）曼寧公式：粗糙系數(shù)。,適用范圍：,（2）補充巴浦洛夫斯基公式：,或 當(dāng),當(dāng),適用范圍：,補充知識：非圓管斷面的管道沿程損失：,其中，,非圓管中的流動,水力半徑R,濕周,圓管的水力半徑,邊長分別為a和b的矩形斷面水力半徑,若為明渠流,圓環(huán)外徑r1、內(nèi)徑r2,求：水力半徑,（補充）例題1：給水管長30m，直徑d=75mm，材料為新鑄鐵管，流量Q=7.25L/s，水溫t=10，求該管段的沿程水頭損失。,解：,水溫t=10時，水的運動粘度=1.3110-6m2/s,當(dāng)量粗糙度ke=0.25mm，ke/d

9、=0.003,由Re、ke/d查莫迪圖，得=0.028,或由公式 ，得=0.028,例：溫度為20的水在0cm的焊接鋼管中流動，已知水力坡度.006，求,例：用清潔的新熟鐵管輸送.25m3/s,的油,=0.093cm2/s,已知L=3000m,hf=23m,求管徑d.,例4: 有兩根管道,L相等,d相等,ks相等,但一根輸送粘度小的水，另一根輸送粘度大的油.1.如v相等,問兩者的hf是否相當(dāng)?2.如兩者的Re相等,問兩者的hf是否相當(dāng)?, 4.8 局部阻力及損失的計算,1.局部阻力產(chǎn)生的原因,2.幾種常見的局部損失系數(shù),（1）突然擴大,列1-1和2-2斷面的能量方程,列動量方程,由連續(xù)性方程,

10、或,注意：1v1；2v2,特例：=1管道的出口損失系數(shù),（2）突然縮小,特例：=0.5管道的入口損失系數(shù),v2,例題：有一混凝土護面的梯形渠道，底寬10m，水深3m，兩岸邊坡為1：1，粗糙系數(shù)為0.017，流量為39m3/s，水流屬于阻力平方區(qū)的紊流，求每公里渠道上的沿程水頭損失。,解：,水面寬,過水?dāng)嗝婷娣e,濕周,水力半徑,謝齊系數(shù),沿程水頭損失,斷面平均流速,例題：水從水箱流入一管徑不同的管道，管道連接情況如圖所示，已知：,當(dāng)管道輸水流量為25 L/s時，求所需要的水頭H。,解：,列能量方程：,=2.011 m,人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說“書中自有黃金屋。”通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養(yǎng)邏輯思維能力；通過閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，培養(yǎng)文學(xué)情趣；通過閱讀報刊，我們能增長見識，擴大自己的知識面。有許多書籍還能培養(yǎng)我們的道德情操，給我們巨大的精神力量，鼓舞我們前進(jìn)。,