沿程阻力和水头损失ppt课件.ppt

第4章水流阻力和水头损失粘滞性和惯性§4-1沿程水头损失和局部水头损失沿程水头损失：水头损失沿程都有，并且大小与液流经过的管段长度成正比。以hf表示。局部水头损失：局部区域内由于水流边界条件发生变化所产生的能量损失。常用hj表示。边界的形状或大小改变，液流内部结构就要急剧调整，流速分布进行改组流线发生弯曲并产生旋涡，在这些局部地区就有局部水头损失。式中：代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和；
4-2液体运动的两种型态
一、雷诺试验雷诺试验水流由层流转化为紊流时的流速称为上临界流速，用Vc’来表示。二、层流与紊流的判别圆管：直径d是表征断面几何性质的特征长度；
对非圆形断面的管道和渠道：断面特征长度用水力半径表示。层流与紊流的水头损失的规律不同，可用雷诺实验来测量这种规律。
在所实验的管段上，因为水平直管路中流体作稳定流时，根据能量方程可以写出其沿程水头损失就等于两断面间的压力水头差，即曲线可分为三个部分:【例题】管道直径100mm，输送水的流量m3/s，水的运动粘度m2/s，求水在管中的流动状态？若输送m2/s的石油，保持前一种情况下的流速不变，流动又是什么状态？（2）§4-3均匀流基本方程2、重力:将

对于圆管水流，公式反映的断面上切应力分布：管壁处最大为，为τ0；管中心处最小，为0。将（a）代入例4－2一矩形断面渠道，底宽b=4m，水深h=2m，在1000m长度上水头损失2m，求壁面上的切应力。三、宽矩形明渠水流断面切应力的分布四、圆管中的层流运动流量按边界条件确定积分常数C，§3-3紊流的特征
紊流的基本特征是许许多多大小不等的涡体相互混掺前进，它们的位置、形态、流速都在时刻不断地变化。瞬时流速与时间平均流速之差叫做脉动流速，紊流中的其他物理量，也存在脉动的现象，其脉动的处理方式也用时均化方法处理。二、紊流的切应力三、紊流流速分布目前管道中常用的紊流流速分布的表达式：粘性底层粘性底层厚度紊流形成过程的分析§3-4沿程水头损失紊流粗糙区（阻力平方区）1、层流区：lgRe＜3.36（即Re＜2300）的流区。不同的相对粗糙度的试验点都落在斜直线ab上，这说明层流时λ只与Re有关，与K/d无关，即λ＝f(Re)，2、层流转变为紊流的过渡区：此区范围为3.36＜lgRe＜3.6，即2300＜Re＜4000，在此区中，不同相对粗糙度的试验点基本集中在bc曲线上，说明此区的λ只与Re有关，与K/d无关，即λ＝f(Re)。3、紊流区
当lgRe＞3.6时，属于紊流区。根据λ与Re及K/d的关系，紊流区又分为光滑区，过渡粗糙区和粗糙区三个流区。（1）水力光滑区(紊流光滑区)：为图中的斜直线cd。在此区中，不同相对粗糙度的试验点均落在cd线上，说明此区的λ只与Re有关，与K/d无关，即λ＝f(Re)。由图可见，对于K/d值不同的管道，其光滑区的范围也不同，K/d值越小，光滑区范围越大。此时λ按下式计算：（2）、水力光滑区与水力粗糙区之间的过渡区（紊流过渡区）：此区为图中cd线与ef之间的流区，不同相对粗糙度的试验点分别落在不同的曲线上，说明此区的λ与Re及K/d都有关，即λ＝f(Re，K/d)。此时λ按下式计算：（3）水力粗糙区（紊流粗糙区）：此区是线ef以右的流区。在此区中，不同相对粗糙度的试验点分别在不同的水平直线上，这说明λ只与K/d有关，与Re无关，即λ＝f(K/d)。K/d值越大的管道，水平直线的起点的Re值越小，即进入紊流粗糙区越早。此时λ按下式计算：二、莫迪图莫迪图三、沿程阻力系数计算的经验公式
以尼古拉兹实验为标准推导出的有关紊流的半经验半理论公式。4、谢才公式曼宁公式将J＝hf/L代入上式，例3－2某给水管道采用新铸铁管，管长L＝100m，直径d=0.25m，流量Q＝0.05m3/s，水温t=200C，试求该管段的沿程水头损失。例3－3有一坚实的粘土渠道，梯形断面。底宽b=10m，水深h=3m，渠道边坡系数m=1。求(1)用满宁公式、巴甫洛夫斯基公式求谢才系数C；（2）当流量Q＝39m3/s时，每公里长度上的水头损失是多少？§3-5局部水头损失2、突然扩大管的hj∑F包括作用在表面上的压力、重力的分力。取α1＝α2＝β1＝β2＝1，得V13、突然缩小管的hj圆锥形渐扩管的形状由扩大面积比A2/A1及扩散角α两个几何参数来确定的。圆锥形渐缩管的形状由面积比A2/A1及收缩角α两个几何参数来确定的。局部损失系数由表查得，与收缩后断面的流速v2相对应。弯管只改变流动方向，不改变平均流速的大小。液体流经弯管，在弯管的内、外侧，产生两个旋涡区。弯管的几何形状决定于转角θ和轴线弯曲半径与管径之比R/d。7、阀门α=300断面缩小处：A2/A1=d22/d12=0.7;ξ缩＝0.15hw=Σhf+Σhj=3.15+0.36