2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：流體力學(xué)的沿程損失

1、流體力學(xué)的沿程損失2022/8/1512022/8/152流體力學(xué)的沿程損失設(shè)法將非圓管折合成圓管來(lái)計(jì)算，便可以根據(jù)圓管制定的公式和圖表，來(lái)進(jìn)行非圓管的計(jì)算。引入水利半徑R的概念：上式中，A 為過(guò)流界面面積；表示濕周。所謂濕周，即過(guò)流截面上流體和固體壁面接觸的周界。有了當(dāng)量直徑，就可以按照?qǐng)A管的公式進(jìn)行計(jì)算非圓管的損失。2022/8/15Donghua University3例 沿程損失：已知沿程損失和流量求管徑由/ d = 0.2 / 98.4 = 0.002，查Moody圖得2 = 0.027 d 2 = (3.6910 4 0.027) 1 / 5 = 0.0996 (m) Re2 =

2、4000 / 0.0996 = 4.01104 / d = 0.2 / 99.6 = 0.002，查Moody圖得3 = 0.027 取d =0.1m。 用迭代法設(shè)1=0.025 2022/8/154局部損失的一般分析局部阻力一般取決于局部阻礙的幾何形狀、固體壁面的相對(duì)粗糙和雷諾數(shù)。二、變管徑的局部損失（一）突然擴(kuò)大（二）漸擴(kuò)管（三）突然縮?。ㄋ模u縮管（五）管道進(jìn)口三、彎管的局部損失彎管的幾何形狀決定于轉(zhuǎn)角和曲率半徑與管徑之比R/d。四、三通的局部損失五、局部阻力之間的相互干擾（引入修正系數(shù) c）2022/8/155流體經(jīng)過(guò)這些局部件時(shí)，由于通流截面、流動(dòng)方向的急劇變化，引起速度場(chǎng)的迅速改變

3、，增大流體間的摩擦、碰憧以及形成旋渦等原因,從而產(chǎn)生局部損失 流體經(jīng)過(guò)閥門(mén)、彎管、突擴(kuò)和突縮等管件 2022/8/156突然擴(kuò)大的管件中的流動(dòng) 根據(jù)連續(xù)方程有:根據(jù)動(dòng)量方程有 : p1A1-p2A2+p(A2-A1)=qV(v2-v1) p實(shí)驗(yàn)證實(shí)，p=p1 p1-p2=v2(v2-v1) 對(duì)截面1-1、2-2列伯努里方程（取動(dòng)能修正系數(shù)=1） 2022/8/157由得 特例A2A1 11 2022/8/158例如圖所示為用于測(cè)試新閥門(mén)壓強(qiáng)降的設(shè)備。21的水從一容器通過(guò)銳邊入口進(jìn)入管系，鋼管的內(nèi)徑均為50mm，絕對(duì)粗糙度為0.04mm，管路中三個(gè)彎管的管徑和曲率半徑之比d/R=0.1。用水泵保

4、持穩(wěn)定的流量12m3h,若在給定流量下水銀差壓計(jì)的示數(shù)為150mm，（1）求水通過(guò)閥門(mén)的壓強(qiáng)降；（2）計(jì)算水通過(guò)閥門(mén)的局部損失系數(shù)；（3）計(jì)算閥門(mén)前水的計(jì)示壓強(qiáng)；（4）不計(jì)水泵損失，求通過(guò)該系統(tǒng)的總損失，并計(jì)算水泵供給水的功率。2022/8/159【解】管內(nèi)的平均流速為 m/s(1)閥門(mén)流體經(jīng)過(guò)閥門(mén)的壓強(qiáng)降 Pa（3）計(jì)算閥門(mén)前的計(jì)示壓強(qiáng)，由于要用到粘性流體的伯努里方程，必須用有關(guān)已知量確定方程中的沿程損失系數(shù)。(2)閥門(mén)的局部損失系數(shù)由 解得21的水密度近似取1000kg/m3，其動(dòng)力粘度為Pa.s2022/8/151026.98（d /）8/7=26.98（50/0.04）8/79.341

5、04由于4000Re26.98（ d / ）8/7，可按紊流光滑管的有關(guān)公式計(jì)算沿程損失系數(shù)，又由于4000Re105，所以沿程損失系數(shù)的計(jì)算可用勃拉修斯公式，即管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)為根據(jù)粘性流體的伯努里方程可解得管道入口的局部損失系數(shù) Pa 2022/8/1511(4) 根據(jù)已知條件d/R=0.1查表，彎管的局部阻力系數(shù)計(jì)單位重量流體經(jīng)過(guò)水泵時(shí)獲得的能量為hp，列水箱液面和水管出口的伯努里方程總損失 mH2O 由上式可解得水泵的功率P為mH2O W2022/8/1512物體繞流時(shí)會(huì)受到升力和阻力的作用。物體阻力包括摩擦阻力和壓差阻力。摩擦阻力與物體表面積大小有關(guān)，壓差阻力與物體的形狀有關(guān)系。物體的阻力目前都是用實(shí)驗(yàn)測(cè)得。圖8-17流動(dòng)阻力圖8-18激波阻力2022/8/1513減小摩擦阻力：可以使層流邊界層盡可能的長(zhǎng)，即層紊流轉(zhuǎn)變點(diǎn)盡可能向后推移，計(jì)算合理的最小壓力點(diǎn)的位置。在航空工業(yè)上采用一種“層流型”的翼型 ，便是將最小壓力點(diǎn)向后移動(dòng)來(lái)減阻，并要求翼型表面的光滑程度。減小壓差阻力：使用翼型使得后面的“尾渦區(qū)”盡可能小。也就是使邊界層的分離點(diǎn)盡可能向后推移 。例如采用流線性物體就可以達(dá)到這樣的目的。工程上習(xí)慣用無(wú)因次的阻力系數(shù) 來(lái)代替阻力 （8-85） 2022/8/1514物體阻力的大小與雷諾數(shù)的關(guān)系 按相似定律可知，對(duì)于不同的不可壓縮