流體力學(xué)課件 第5章流動(dòng)阻力和能量損失

1、第五章流動(dòng)阻力和能量損失1第一節(jié)、流動(dòng)阻力與水頭損失第一節(jié)、流動(dòng)阻力與水頭損失由沿程阻力作功而引起的水頭損失（由沿程阻力作功而引起的水頭損失（ hf )。因粘性，在均勻流段上產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。因粘性，在均勻流段上產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。一、流動(dòng)阻力與水頭損失分類(lèi)一、流動(dòng)阻力與水頭損失分類(lèi)流程長(zhǎng)度流程長(zhǎng)度gvdlhf22沿程損沿程損失系數(shù)失系數(shù)管道管道直徑直徑圓管圓管gvRlhf242水力水力半徑半徑非圓管非圓管2克服局部阻力克服局部阻力做功引起的能做功引起的能量損失：量損失：gvhj22局部損失系局部損失系數(shù)，因結(jié)構(gòu)數(shù)，因結(jié)構(gòu)而異而異,一般由一般由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)確定。固體固體邊界的急劇變化邊界的急劇變化

2、而引起流體而引起流體速度速度分布變化分布變化而而集中產(chǎn)生集中產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。的流動(dòng)阻力。3jfwhhh4 取圓管中恒定取圓管中恒定均勻流均勻流段相距段相距 l 的過(guò)流斷面的過(guò)流斷面1、2，如圖。，如圖。0cos02211lagAlApApAAAzzal2121,cos受力分析：受力分析：gRlgAlgpzgpz002211)()(整理得除以 gA,RA5fhgpzgpz)()(2211gRlhf0RJgRJlhgRf0或或列列1、2斷面的伯努利方程：斷面的伯努利方程：均勻流均勻流基本方程：基本方程：6二、圓管切應(yīng)力二、圓管切應(yīng)力 在半徑為在半徑為r0的圓管恒定均勻流中任的圓管恒定均勻流中任取一

3、半徑為取一半徑為r的圓柱流束進(jìn)行受力分析，的圓柱流束進(jìn)行受力分析，可得到流束的均勻流基本方程：可得到流束的均勻流基本方程：JrgJgRJgR2流束表面切應(yīng)力流束水力半徑流束水流束水力坡度力坡度JrggRJ200切應(yīng)力分布：切應(yīng)力分布：00rr(6-11)圓管均勻流圓管均勻流基本方程：基本方程：水力半徑幾何半徑7第二節(jié)、粘性流體的流動(dòng)狀態(tài)及判別第二節(jié)、粘性流體的流動(dòng)狀態(tài)及判別流體質(zhì)點(diǎn)互不摻混、有條流體質(zhì)點(diǎn)互不摻混、有條不紊地做有序的成層流動(dòng)。不紊地做有序的成層流動(dòng)。速度、壓力等物理量在時(shí)速度、壓力等物理量在時(shí)間和空間上發(fā)生不規(guī)則脈間和空間上發(fā)生不規(guī)則脈動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象。動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象。1、層流、層流2

4、、紊流（湍流）、紊流（湍流）流態(tài)演示流態(tài)演示83、上臨界流速、上臨界流速和和下臨界流速下臨界流速紊流紊流cvcv上臨界流速上臨界流速下臨界流速下臨界流速cvcv層流紊流過(guò)渡vv00？9二、不同流態(tài)的阻力規(guī)律二、不同流態(tài)的阻力規(guī)律fhgvagpzgvagpz222222221111：定壓、等徑，即均勻恒定均勻恒定。fhgpzgpz)()(2211該管段的沿程損失等于兩斷面的該管段的沿程損失等于兩斷面的測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭差。差。： 選過(guò)流斷面1、2，各裝一測(cè)壓管，列伯努利方程：測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭10關(guān)系曲線vfh小小大大OABDE大大小小EDCAO1組：速度由小到大測(cè)組：速度由小到大測(cè)2組：速

5、度由大到小測(cè)組：速度由大到小測(cè)斷面流速變化與沿程水頭損失間的關(guān)系曲線 。曲線vfh流速變化：流速變化：曲線曲線11mkvhfOA段：CDE段：AC、BD段：0.1,kvhvvfc層流0 .275.1,kvhvvfcr紊流流態(tài)不穩(wěn)定（流態(tài)不穩(wěn)定（過(guò)渡區(qū)）。過(guò)渡區(qū)）。流態(tài)不同，阻力變化規(guī)律（不同）。流態(tài)不同，阻力變化規(guī)律（不同）。結(jié)論：結(jié)論：流態(tài)如何判斷？流態(tài)如何判斷？12雷諾數(shù)為什么能夠判別流態(tài)？雷諾數(shù)為什么能夠判別流態(tài)？1）圓管有）圓管有壓流動(dòng)壓流動(dòng)dvdvccRe三、層流與紊流的判斷：雷諾數(shù)三、層流與紊流的判斷：雷諾數(shù)2）明渠或天然河道）明渠或天然河道RvRvccRe500500層流層流紊流

6、紊流工程：工程：300AR 13 當(dāng)當(dāng)Re（小于下臨界雷諾數(shù)時(shí)），粘性對(duì)流動(dòng)起主導(dǎo)（小于下臨界雷諾數(shù)時(shí)），粘性對(duì)流動(dòng)起主導(dǎo)作用，因微小擾動(dòng)產(chǎn)生的紊動(dòng)，在粘性作用下會(huì)逐漸衰減作用，因微小擾動(dòng)產(chǎn)生的紊動(dòng)，在粘性作用下會(huì)逐漸衰減下來(lái)，流動(dòng)依然維持（層流狀態(tài)）。下來(lái)，流動(dòng)依然維持（層流狀態(tài)）。 隨著雷諾數(shù)的增大，粘性的影響作用減弱，慣性力對(duì)隨著雷諾數(shù)的增大，粘性的影響作用減弱，慣性力對(duì)紊動(dòng)的激勵(lì)作用增強(qiáng)，當(dāng)雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)時(shí)，慣紊動(dòng)的激勵(lì)作用增強(qiáng)，當(dāng)雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)時(shí)，慣性力占主導(dǎo)作用，流動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。性力占主?dǎo)作用，流動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳌vdvccRe原因簡(jiǎn)析原因簡(jiǎn)析14Jrdrdu

7、2rdrJdu2CrJu2420400rJCurr)(14)(42022200rrrJrrJu速度分布：速度分布：邊界條件利用邊界條件利用很重要很重要Jrg2由牛頓內(nèi)摩擦定律：由牛頓內(nèi)摩擦定律：0r15圓管層流中的切應(yīng)力和速度分布規(guī)律圖圓管層流中的切應(yīng)力和速度分布規(guī)律圖00rrP1380r02max04rrJu00maxrr)(142020rrrJu16max20020202182110urJrdrurudArvrA二、平均速度二、平均速度)(142020rrrJu體積流量：體積流量：2040082rvrJrdrudAuqRAV哈根哈根-泊謖葉方程泊謖葉方程毛細(xì)管粘度計(jì)原理：毛細(xì)管粘度計(jì)原理：

8、208Jrv平均流速17)(142020rrrJu208rJv202 rA22AvdAuA20202Avrdrur3418332121AvdAuA四、圓管層流的沿程損失四、圓管層流的沿程損失由平均由平均流速流速2020328dJrJv0 . 222020Avrdrur19vdJ2032Jlhfvdlhf2032gvvdl264220vvvdl223220gvdlgvdlhf22Re642020沿程阻力系數(shù)0Re1vd減小阻力的途徑？減小阻力的途徑？20第四節(jié)、紊流流動(dòng)基礎(chǔ)第四節(jié)、紊流流動(dòng)基礎(chǔ)一、紊流的基本特征一、紊流的基本特征特點(diǎn)特點(diǎn)1：隨機(jī)性隨機(jī)性特點(diǎn)特點(diǎn)2：三維性三維性特點(diǎn)特點(diǎn)3：脈動(dòng)量有

9、時(shí)候很大，不能當(dāng)微小量處理。脈動(dòng)量有時(shí)候很大，不能當(dāng)微小量處理。xuxuxu21二、紊流流動(dòng)的二、紊流流動(dòng)的時(shí)均化時(shí)均化 時(shí)間平均流動(dòng)時(shí)間平均流動(dòng)和和隨機(jī)脈動(dòng)流動(dòng)隨機(jī)脈動(dòng)流動(dòng)的疊加：的疊加：TxxdtuTu01xxxuuu說(shuō)明：說(shuō)明：xuxuxu紊流瞬時(shí)流速紊流瞬時(shí)流速 瞬間看紊流不是恒定流，但從時(shí)均看，可認(rèn)為是瞬間看紊流不是恒定流，但從時(shí)均看，可認(rèn)為是恒定流。恒定流。恒定流的基本方程也適用于紊流恒定流的基本方程也適用于紊流。TdtuTuxx010?22三、紊流運(yùn)動(dòng)中的摩擦阻力三、紊流運(yùn)動(dòng)中的摩擦阻力1、紊流中的切應(yīng)力：、紊流中的切應(yīng)力：dyudx1時(shí)均流時(shí)均流速速 梯度梯度（1）流層相對(duì)運(yùn)動(dòng)

10、產(chǎn)生的）流層相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的時(shí)均粘時(shí)均粘性切應(yīng)力性切應(yīng)力（2）附加切應(yīng)力）附加切應(yīng)力 脈動(dòng)導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)互相摻混，相鄰流層間產(chǎn)生脈動(dòng)導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)互相摻混，相鄰流層間產(chǎn)生動(dòng)量交換動(dòng)量交換，從而在流層分界面上形成從而在流層分界面上形成附加切應(yīng)力附加切應(yīng)力.xxxuuuxuxuxu如何表征如何表征? ?0dyudx23 設(shè)有二維恒定均勻紊流，流向平行于設(shè)有二維恒定均勻紊流，流向平行于x，A點(diǎn)沿點(diǎn)沿X方方向的向的 瞬時(shí)速度為：瞬時(shí)速度為：橫向脈動(dòng)速度為：橫向脈動(dòng)速度為：yuxxxuuu0dyudx 由于橫向脈動(dòng)，該處質(zhì)由于橫向脈動(dòng)，該處質(zhì)點(diǎn)以脈動(dòng)速度點(diǎn)以脈動(dòng)速度 通過(guò)流層通過(guò)流層間的微小面積間的微小面積進(jìn)入鄰層并

11、進(jìn)入鄰層并把把本身具有的動(dòng)量本身具有的動(dòng)量傳遞給鄰傳遞給鄰層。在層。在 t內(nèi)通過(guò)內(nèi)通過(guò)轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移的動(dòng)動(dòng)量為：量為：yu)(xxyuutAuxum24)(xxyuutAutT 由質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定律：沿由質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定律：沿X方向質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量的變化方向質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量的變化等于等于 t時(shí)段作用在時(shí)段作用在 A上的切力上的切力 T的沖量，即的沖量，即 ：)(2xxyuuuAT附加切應(yīng)力附加切應(yīng)力:1100TxyTyxdtuuTdtuuTTxxydtuuuT0_2)(125關(guān)于方向的討論：關(guān)于方向的討論：0_21xyTxyuudtuuT設(shè)速度梯度設(shè)速度梯度0dyudx時(shí)0yu1）當(dāng)0dyudx 質(zhì)量從下層傳往上層，因下層時(shí)

12、均流速小，質(zhì)量傳遞減質(zhì)量從下層傳往上層，因下層時(shí)均流速小，質(zhì)量傳遞減緩上層流動(dòng)，緩上層流動(dòng)，認(rèn)為認(rèn)為X向的向的 脈動(dòng)速度小于脈動(dòng)速度小于0，即，即脈動(dòng)速度之積脈動(dòng)速度之積為為負(fù)負(fù)值。值。26時(shí)0yu2）2yxuu 質(zhì)量從上層傳往下層，因上層時(shí)質(zhì)量從上層傳往下層，因上層時(shí)均流速大，質(zhì)量傳遞加強(qiáng)下層流動(dòng)，均流速大，質(zhì)量傳遞加強(qiáng)下層流動(dòng)， 認(rèn)為認(rèn)為X向的向的 脈動(dòng)速度大于脈動(dòng)速度大于0，即，即脈動(dòng)速脈動(dòng)速度之積度之積還為還為負(fù)負(fù)值。值。 為了使附加切應(yīng)力和粘性切應(yīng)力為了使附加切應(yīng)力和粘性切應(yīng)力 方向一致，以正值出方向一致，以正值出現(xiàn)，因此把附加切應(yīng)力表示為：現(xiàn)，因此把附加切應(yīng)力表示為： 21yxuu

13、dyudx紊流中的紊流中的切應(yīng)力切應(yīng)力:0dyudx27有些文獻(xiàn)直接表示如下，但其有些文獻(xiàn)直接表示如下，但其時(shí)均化時(shí)均化的本質(zhì)不變：的本質(zhì)不變：21yxuudydux 如何把用脈動(dòng)速度表示的附加切應(yīng)力轉(zhuǎn)換為以時(shí)均如何把用脈動(dòng)速度表示的附加切應(yīng)力轉(zhuǎn)換為以時(shí)均速度表示的形式？速度表示的形式？ (6-28)粘性切應(yīng)力和附加切應(yīng)力所占比重隨紊動(dòng)情況而異。粘性切應(yīng)力和附加切應(yīng)力所占比重隨紊動(dòng)情況而異。28dyudlyudyudlyuyulyuuxxxxxxx)()()() (yuy l) (lyux)( yuxaxy幾點(diǎn)假設(shè)：幾點(diǎn)假設(shè)：（假設(shè)（假設(shè)1 1）流體質(zhì)點(diǎn)因橫向脈動(dòng)流速作用，在橫向運(yùn)動(dòng)到相距為l

14、的空間距離上,才同周?chē)馁|(zhì)點(diǎn)發(fā)生動(dòng)量交換,并且假定該質(zhì)點(diǎn)在橫向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量保持不變,直到新的位置時(shí)，才與周?chē)牧黧w質(zhì)點(diǎn)混合 。距離距離ll的流層時(shí)均流的流層時(shí)均流速差為速差為：29（假設(shè)（假設(shè)2）脈動(dòng)速度與這兩個(gè)流層的時(shí)均流速差成正比，脈動(dòng)速度與這兩個(gè)流層的時(shí)均流速差成正比，即：即：dyudlcuxx1yuy l) (lyux)( yuxaxy（假設(shè)（假設(shè)3）橫向脈動(dòng)流速與縱向脈動(dòng)流速成比例，但符號(hào)橫向脈動(dòng)流速與縱向脈動(dòng)流速成比例，但符號(hào)相反，即：相反，即：dyudlcuxy222212)() (dyudlccuuxyx則則:30: ,) (2212則令lccL 222)(dyudLuuxy

15、x即即2221)(dyudLdyudxxyuy l) (lyux)( yuxaxy或：或：L：混合長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)確定。2221)(dyudLdyudxx3122)(dyudLx2221)(dyudLdyudxx32220)(dyudLx2220)(dyudykx由由紊流紊流應(yīng)應(yīng)力方程力方程進(jìn)一步假定：進(jìn)一步假定：（1）、壁面附近的切應(yīng)力等于壁面上的切應(yīng)力；（2）、混合長(zhǎng)度L與 質(zhì)點(diǎn)到壁面的距離y成正比 ：kyL卡門(mén)通用常數(shù)：4.0kyuy l) (lyux)( yuxaxy33ydykudx01Cykvuxln*0v令阻力速度Criu24關(guān)于阻力速度的進(jìn)一步說(shuō)明：34gvdlldglhdggRJf

16、2442080v具有速度的量綱，反映壁面切應(yīng)力大小，稱(chēng)為阻力速度：80*vv122321LTTLMLTML28v圓管紊流中所有質(zhì)點(diǎn)都參與紊流運(yùn)動(dòng)嗎？紊流中所有質(zhì)點(diǎn)都參與紊流運(yùn)動(dòng)嗎？阻力速度阻力速度35六、紊流核心與層流邊層六、紊流核心與層流邊層(P145)1、層流邊層（粘性底層）、層流邊層（粘性底層） 成因成因：由于管壁及流體粘性影響，靠近管壁處總有：由于管壁及流體粘性影響，靠近管壁處總有一定厚度一定厚度 的流體作層流運(yùn)動(dòng)。的流體作層流運(yùn)動(dòng)。層流邊層內(nèi)流速分布近似直線，壁面切應(yīng)力為層流邊層內(nèi)流速分布近似直線，壁面切應(yīng)力為:yudydu0yvyu20*阻力速度36yvvu*某一雷諾數(shù)：當(dāng)某一雷諾

17、數(shù)：當(dāng)y 時(shí)時(shí), 是層流是層流 ;當(dāng)當(dāng)y 時(shí)時(shí),對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 某一臨界雷諾數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)骋慌R界雷諾數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明表明, 臨界值為臨界值為即:80*vv6 .11*v（6-25）37*、 隨隨Re的增加（即紊流趨勢(shì)的增加）而減?。坏脑黾樱次闪髭厔?shì)的增加）而減??；*、粘性底層厚度一般很?。ú蛔愫撩祝鋵?duì)紊流的、粘性底層厚度一般很?。ú蛔愫撩祝鋵?duì)紊流的流速分布和流動(dòng)阻力的影響重大。流速分布和流動(dòng)阻力的影響重大。Re8 .32v8 .328v6 .116 .11*dddv紊流沿程紊流沿程阻力系數(shù)阻力系數(shù)管徑管徑討論討論382、紊流核心、紊流核心 分析依據(jù)分析依據(jù)：管壁絕對(duì)粗糙度：管壁絕對(duì)粗糙度 與層

18、流邊層（粘性底層）與層流邊層（粘性底層）厚度厚度 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 管中心速度梯度較小、各點(diǎn)速度接近于相等的一部分流管中心速度梯度較小、各點(diǎn)速度接近于相等的一部分流體稱(chēng)為體稱(chēng)為 紊流核心。紊流核心。39粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力影響很小。粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力影響很小。粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力影響很大。粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力影響很大。 同一管路對(duì)雷諾數(shù)不同的流動(dòng)形成的阻力不同同一管路對(duì)雷諾數(shù)不同的流動(dòng)形成的阻力不同;不同不同管路對(duì)雷諾數(shù)相同的流動(dòng)形成的阻力也不同。管路對(duì)雷諾數(shù)相同的流動(dòng)形成的阻力也不同。討論:實(shí)踐意義？實(shí)踐意義？Re8 .32ddvRe40一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)與阻力分區(qū)一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)與阻力分區(qū)第第5節(jié)

19、、圓管紊流流動(dòng)阻力與水頭損失節(jié)、圓管紊流流動(dòng)阻力與水頭損失1、影響沿程阻力系數(shù)、影響沿程阻力系數(shù) 的因素的因素1）層流層流2）紊流紊流Re64層)(Re,df紊相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度ddvvRe阻力僅是粘性阻力，僅與雷諾數(shù)有關(guān)，與粗糙阻力僅是粘性阻力，僅與雷諾數(shù)有關(guān)，與粗糙度無(wú)關(guān)。度無(wú)關(guān)。阻力來(lái)源既有粘性切應(yīng)力，也有附加切應(yīng)力，阻力來(lái)源既有粘性切應(yīng)力，也有附加切應(yīng)力，阻力不僅與阻力不僅與Re有關(guān)，也與有關(guān)，也與粗糙度粗糙度密切相關(guān)。密切相關(guān)。412、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)1）人工粗糙管實(shí)驗(yàn)）人工粗糙管實(shí)驗(yàn)2）尼古拉茲曲線）尼古拉茲曲線人工粗糙度與實(shí)際粗糙度人工粗糙度與實(shí)際粗糙度abcefd4

20、2abcefd3、阻力分區(qū)討論、阻力分區(qū)討論（1）層流區(qū)）層流區(qū)（2）層、紊過(guò)渡區(qū)（臨界區(qū)）層、紊過(guò)渡區(qū)（臨界區(qū)）（3）紊流光滑區(qū)）紊流光滑區(qū)Re4000，紊流，紊流， 6種管流的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均落在同一條直線上種管流的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均落在同一條直線上（cd），阻力系數(shù)只與），阻力系數(shù)只與Re有關(guān)，與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。有關(guān)，與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。43abcefd（4）光、粗過(guò)渡區(qū)）光、粗過(guò)渡區(qū)（紊流過(guò)渡區(qū)）（紊流過(guò)渡區(qū)）（5）水力粗糙區(qū)）水力粗糙區(qū)（紊流粗糙區(qū)、阻力平方區(qū)）（紊流粗糙區(qū)、阻力平方區(qū)）gvdlhf22稱(chēng)粗糙區(qū)為稱(chēng)粗糙區(qū)為阻力平方區(qū)阻力平方區(qū)。 6種管流對(duì)應(yīng)種管流對(duì)應(yīng)6條不同斜率的實(shí)驗(yàn)曲線（條不同斜率的

21、實(shí)驗(yàn)曲線（cd與與ef間），阻間），阻力系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度相關(guān)。力系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度相關(guān)。 6種管流對(duì)應(yīng)種管流對(duì)應(yīng)6條不同水平曲線（條不同水平曲線（ef右側(cè)的水平右側(cè)的水平 線簇），線簇），表明該區(qū)阻力系數(shù)只與相對(duì)粗糙度相關(guān)，與表明該區(qū)阻力系數(shù)只與相對(duì)粗糙度相關(guān)，與Re無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。444、阻力變化規(guī)律成因探討、阻力變化規(guī)律成因探討455、圓管紊流運(yùn)動(dòng)沿程阻力系數(shù)、圓管紊流運(yùn)動(dòng)沿程阻力系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)公式半經(jīng)驗(yàn)公式（尼古拉茲公式尼古拉茲公式）1）湍流光滑區(qū)）湍流光滑區(qū)2）湍流粗糙區(qū)）湍流粗糙區(qū))51. 2Relg(2)Re51. 2lg(21)7 . 3lg(2)7 . 3lg(21dd4

22、6)7 .3Re51.2lg(21d紊流阻力系數(shù)的綜合公式，廣泛使用。紊流阻力系數(shù)的綜合公式，廣泛使用。二、工業(yè)管道、穆迪圖、巴爾公式二、工業(yè)管道、穆迪圖、巴爾公式1、工業(yè)管道與科列勃洛克、工業(yè)管道與科列勃洛克-懷特公式懷特公式討論討論472、穆迪圖穆迪圖工業(yè)管道阻力系數(shù)曲線圖工業(yè)管道阻力系數(shù)曲線圖簡(jiǎn)便準(zhǔn)確、廣泛使用簡(jiǎn)便準(zhǔn)確、廣泛使用 以以相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度為參數(shù)，把為參數(shù)，把 作為作為Re的函數(shù)繪制。根據(jù)的函數(shù)繪制。根據(jù)相對(duì)粗糙度和相對(duì)粗糙度和Re可直接查出可直接查出 ，并確定相應(yīng)的阻力區(qū)。，并確定相應(yīng)的阻力區(qū)。48)7.3Re1286.5lg(2189.0d適用范圍同科氏公式，與之相比最

23、大誤差適用范圍同科氏公式，與之相比最大誤差1%左右，是左右，是 的的顯式顯式，計(jì)算簡(jiǎn)單，便于編程。，計(jì)算簡(jiǎn)單，便于編程。)7.3Re51.2lg(21d科列勃洛克科列勃洛克-懷特公式懷特公式 毛根海毛根海教授利用巴爾公式繪制的穆迪圖和傳統(tǒng)的穆迪教授利用巴爾公式繪制的穆迪圖和傳統(tǒng)的穆迪圖完全一致。圖完全一致。494、湍流阻力區(qū)的判別、湍流阻力區(qū)的判別-1)/10(Re4000 0008. 0/dandd-1.119)/576.12(Re4000 0008. 0/dd時(shí)，-1.119-1)/576.12(Re)/10( 0008. 0/ddd時(shí)，-1.119)/576.12(Red50一、非圓管的

24、有壓管流一、非圓管的有壓管流 圓管截面的特征長(zhǎng)度是直徑圓管截面的特征長(zhǎng)度是直徑de，非圓形截面的特征，非圓形截面的特征長(zhǎng)度是水力半徑長(zhǎng)度是水力半徑R，兩者的關(guān)系為：，兩者的關(guān)系為：gvdlhef22圓管gvRlhf242非圓管Rde4第第6節(jié)、非圓管紊流流動(dòng)的沿程損失節(jié)、非圓管紊流流動(dòng)的沿程損失非圓管紊流的非圓管紊流的 如何確定？如何確定？思考思考: 將管徑將管徑d用用4R置換，將置換，將圓管雷諾數(shù)圓管雷諾數(shù)用用非圓管雷諾數(shù)非圓管雷諾數(shù)的的4倍置換，那么用于圓管阻力系數(shù)確定的公式均可采用。倍置換，那么用于圓管阻力系數(shù)確定的公式均可采用。51Re),( df圓管圓管非圓管非圓管Re)4,4(Rf

25、gvdlhf22二、謝才公式二、謝才公式因?yàn)橐驗(yàn)関AqRdv ; 4522221824AqRglgvRlhvf22KlqhvfgC82則有則有即即22RACK lhJf53RJCAJRACJKlhKqfv22RJCAqvv平均流速：平均流速：gC826/11RnC 粗糙率：衡量管壁粗糙影響的粗糙率：衡量管壁粗糙影響的綜合系數(shù)綜合系數(shù)54說(shuō)明說(shuō)明:討論討論1）當(dāng)采用當(dāng)量直徑計(jì)算非圓管道時(shí)，截面越接近圓形，）當(dāng)采用當(dāng)量直徑計(jì)算非圓管道時(shí)，截面越接近圓形，誤差越大還是越小誤差越大還是越小?為什么？為什么？gvRlgvdlhf2422255AR gvRlgvdlhf242221、水管長(zhǎng)、水管長(zhǎng)l=50

26、0m,管徑管徑d=0.4m,管壁粗糙突起管壁粗糙突起 =0.1mm,水溫水溫10 C，如果流量為，如果流量為qv=10 10-3m3/s，確定沿程損失。，確定沿程損失。56解：解： （1） 根據(jù)條件確定流速：根據(jù)條件確定流速：)/(3183. 04132smdqAqvVV注意單位！（2）判斷流態(tài)：）判斷流態(tài)：.,230048595Re為湍流vd10C：=1.3110-6m2/s（3）確定阻力系數(shù)（巴爾公式）：）確定阻力系數(shù)（巴爾公式）：基本思路：基本思路：判斷判斷流態(tài)流態(tài)確定阻確定阻力系數(shù)力系數(shù)確定確定阻力阻力57)7.3Re1286.5lg(2189.0d023.0（4）確定損失）確定損失3

27、0.022gvdlhf課后：比較其他條件不變時(shí)，課后：比較其他條件不變時(shí)，管徑增加管徑增加25% 時(shí)的損失情況。時(shí)的損失情況。58某廠改造了一段供水管道，管長(zhǎng)某廠改造了一段供水管道，管長(zhǎng)l=100m,管徑管徑d=0.4m,管壁管壁糙率糙率n=0.011, 沿程損失沿程損失0.4m，屬于粗糙區(qū)，通過(guò)的流量是，屬于粗糙區(qū)，通過(guò)的流量是否滿足設(shè)計(jì)的否滿足設(shè)計(jì)的0.15m3/s.)(126.04122mdAmdR1 . 04:圓管水力半徑)/(94.6112/16/1smRnC)/(156.03smRJACqV2）確定謝才系數(shù)）確定謝才系數(shù)（曼寧公式）（曼寧公式）3）確定流量（謝）確定流量（謝才公式）

28、：才公式）：滿足設(shè)計(jì)要求。滿足設(shè)計(jì)要求。59第七節(jié)、局部損失第七節(jié)、局部損失一、局部阻力、局部損失、局部阻礙一、局部阻力、局部損失、局部阻礙較短范圍內(nèi)，由于流動(dòng)的急劇調(diào)整而集中產(chǎn)生的阻力。較短范圍內(nèi)，由于流動(dòng)的急劇調(diào)整而集中產(chǎn)生的阻力。由于克服局部阻力造成的能量（水頭）損失。由于克服局部阻力造成的能量（水頭）損失。形成局部阻力、造成局部損失的部件或設(shè)備。形成局部阻力、造成局部損失的部件或設(shè)備。常見(jiàn)的局部阻礙常見(jiàn)的局部阻礙有哪些？有哪些？1、局部阻力、局部阻力2、局部損失、局部損失3、局部阻礙、局部阻礙60局部阻力、局部損失局部阻力、局部損失61原因原因1、*、漩渦加劇了流體的紊動(dòng)，加大了能量損

29、失；、漩渦加劇了流體的紊動(dòng)，加大了能量損失；*、漩渦去與主流不斷發(fā)生質(zhì)量交換，漩渦運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)被主、漩渦去與主流不斷發(fā)生質(zhì)量交換，漩渦運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)被主流帶到下游，加劇了下游一定范圍內(nèi)主流的紊動(dòng)強(qiáng)度；流帶到下游，加劇了下游一定范圍內(nèi)主流的紊動(dòng)強(qiáng)度；*、局部阻礙附近流速的分布重新調(diào)整，加大了流速梯度、局部阻礙附近流速的分布重新調(diào)整，加大了流速梯度和流層間的切應(yīng)力；和流層間的切應(yīng)力；*、渦區(qū)范圍越大、渦流強(qiáng)度越大，局部損失也越大。、渦區(qū)范圍越大、渦流強(qiáng)度越大，局部損失也越大。主流與邊壁分離，形成漩渦區(qū)。主流與邊壁分離，形成漩渦區(qū)。62*、二次流和主流疊加形成、二次流和主流疊加形成一對(duì)螺旋流一對(duì)螺旋流，加大彎

30、管的能量，加大彎管的能量損失。損失。原因原因2 、流動(dòng)方向的變化形成二次流，造成一定能量損失、流動(dòng)方向的變化形成二次流，造成一定能量損失*、二次流的消失較慢，影響范圍最大可達(dá)、二次流的消失較慢，影響范圍最大可達(dá)50倍倍管徑。管徑。63二、局部阻力系數(shù)及影響因素二、局部阻力系數(shù)及影響因素1、局部阻力一般公式、局部阻力一般公式2、影響因素、影響因素gvhj22局部損失系數(shù)局部損失系數(shù))(局部阻礙的形狀f與與Re有關(guān)嗎？有關(guān)嗎？64 取取1-1（壓強(qiáng)分布符合靜壓分布規(guī)（壓強(qiáng)分布符合靜壓分布規(guī)律），律），2-2為控制面，忽略管壁作用的為控制面，忽略管壁作用的切應(yīng)力切應(yīng)力:)()(1221vvqAApA

31、pApFv小大大小由動(dòng)量定理：由動(dòng)量定理：凸肩圓環(huán)上的壓力：P1=P)()(1221vvqppAv大)(121121vvqApApApApv小大大小2v2p1、突然擴(kuò)大管、突然擴(kuò)大管凸肩圓環(huán)65jhgvgpgvgp22222211所以所以)()(1221221vvvvvAqppv大gvvvgvvvgpp2222122212221即：即：gvvgpphj22221212v2p66jwhh gvvhj2)(221gvvgvvvhj2222222121222v2p小大大小或AAvvAAvv2112又又gvgvAAhj22)1 (211212大小gvgvAAhj22) 1(222222小大或或小大 分

32、別與突然擴(kuò)大前、后分別與突然擴(kuò)大前、后兩個(gè)斷面的平均流速對(duì)應(yīng)。兩個(gè)斷面的平均流速對(duì)應(yīng)。)1(2112AA2、突然漸縮管、突然漸縮管直角進(jìn)口圓角進(jìn)口外伸進(jìn)口5 . 005. 011經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公公式：式：681、為什么、為什么Re可以判別流態(tài)？為什么用下臨界雷諾數(shù)而可以判別流態(tài)？為什么用下臨界雷諾數(shù)而不是上臨界雷諾數(shù)判別流態(tài)？不是上臨界雷諾數(shù)判別流態(tài)？2、紊流切應(yīng)力和層流切應(yīng)力有何不同？、紊流切應(yīng)力和層流切應(yīng)力有何不同？3、紊流阻力、紊流阻力分區(qū)成因分區(qū)成因？5、局部損失和沿程損失產(chǎn)生的機(jī)理有什么不同？、局部損失和沿程損失產(chǎn)生的機(jī)理有什么不同？4、粘性底層的特點(diǎn)以及對(duì)紊流流動(dòng)的影響？、粘性底層的特點(diǎn)

33、以及對(duì)紊流流動(dòng)的影響？思考思考69例：某細(xì)管粘度計(jì)原理如圖，已知細(xì)管直徑為例：某細(xì)管粘度計(jì)原理如圖，已知細(xì)管直徑為d=0.006m，測(cè)量，測(cè)量段長(zhǎng)段長(zhǎng)l=2m，測(cè)得某種油的流量為，測(cè)得某種油的流量為q=77x10-6m3/s，水銀壓差計(jì)的，水銀壓差計(jì)的液面差為液面差為h=0.3m，油的密度，油的密度 為為 =900kg/m3，確定，確定 油的運(yùn)動(dòng)粘油的運(yùn)動(dòng)粘度和動(dòng)力粘度。度和動(dòng)力粘度。hl細(xì)管粘度計(jì)細(xì)管粘度計(jì)解：解：mhgpgphpf23.43.0)190013600()1(2112列1-1、2-2兩段面的能量方程：fhgvgpzgvgpz2222222111選管軸所在平面為基準(zhǔn)面選管軸所在平面為基準(zhǔn)面設(shè)為層流：設(shè)為層流：70smdqvv/73.242gdlvgvdlvdgvdlf2642642Re64h222流速層流沿程阻力是雷諾數(shù)的函數(shù)：層流沿程阻力是雷諾數(shù)的函數(shù)：smlvgd/61054.864222splvgda32106