第4章-流动阻力与水头损失.pptxVIP

流体力学湖南城市学院土木院第4章　流动阻力与水头损失4-1. 流动阻力和水头损失的分类4-2. 均匀流沿程水头损失与切应力的关系4-3.粘性流体运动的两种流态4-4. 圆管层流4-5. 湍流运动的特点4- . 边界层理论简介4-6. 湍（紊）流的沿程水头损失4-7.局部水头损失4-1. 水头损失的两种形式沿程水头损失局部水头损失水头损失的计算均匀流的沿程水头损失与壁面切应力的关系4-1. 水头损失的两种形式水头损失的概念：单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。水头损失的分类：沿程水头损失局部水头损失4-1. 水头损失的两种形式一、沿程水头(阻力) 损失 hf1、 定义： 水头损失沿程均有并随沿程长度增加。主要由于液体与管壁以及液体本身的内部摩擦，使得液体能量沿程降低。4-1. 水头损失的两种形式2、特点：（1) 沿程粘性阻力均匀地分布在整个均匀流流段上；（2) 沿程损失与管段的长度成正比。4-1. 水头损失的两种形式二、局部水头（阻力）损失 hj由于流动边界形状突然变化，引起流线弯曲以及边界层分离而引起的水头损失。 4-1. 水头损失的两种形式常见的发生局部水头损失区域 只要局部地区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。 4-1. 水头损失的两种形式 液流产生水头损失的两个条件 (1) 液体具有粘滞性。 (2) 由于固体边界的影响，液流内部质点之间 产生相对运动。 液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。4-1. 水头损失的两种形式三、水头损失的计算公式1、沿程水头损失λ——沿程损失因数圆形管道：R——水力半径非圆管道：A---过流断面的面积χ---湿周 4-1. 水头损失的两种形式2、局部水头损失 hj= ζ v2/(2g)ζ——局部损失因数4-1. 水头损失的两种形式3、总能量损失 hw4-2. 均匀流沿程水头损失与切应力的关系圆管恒定均匀流为例流体段的受力为： （1）动压力： P1= p1A，P2=p2A ； （2）重力：G= ρ g A l ； （3）摩擦力： Fμ = τ0χ l流体段的平衡方程 ΣF= 0 : P1－P2 + G cosα－ Fμ=0 p1A－p2A + ρgA l cos α － τ0χ l = 0除以ρgA，并考虑lcosα=z1-z2，并考虑能量方程 p1/ρg－p2 /ρg+ (z1-z2)= τ0χ l /(ρgA)= τ0 l /(ρgR)=hf均匀流基本方程为或4-2. 均匀流沿程水头损失与切应力的关系各流层间均有内摩擦切应力，同理可求得由均匀流基本方程以及沿程水头损失的达西公式达西公式（4-2）可得壁面切应力与沿程损失因素的关系（4-9）定义摩阻流速v*4-3. 粘性流体运动的两种流态层流湍(紊)流4-3. 粘性流体运动的两种流态一、雷诺试验 4-3. 粘性流体运动的两种流态层流：各层质点互不掺混过渡流：层流与紊流之间的流动紊流：流体质点的轨迹曲折、混乱，各流层的流体质点相互掺杂二、沿程水头损失与流速的关系层流湍流结论：流态不同，沿程损失规律不同ab段层流ef段紊流be段临界状态4-3. 粘性流体运动的两种流态临界速度：流态转变时的速度。 下临界速度：由湍（紊）流转变为层流时的速度vc 上临界速度：由层流转变为湍流时的速度vc′实验证明， vc远小于vc′通过正反两种实验情况，雷诺得出如下结果： 当v vc′时，流体作紊流运动； 当v vc时，流体作层流运动； 当vc v vc′时，流态不稳，可能是层流也可能是紊流。4-3. 粘性流体运动的两种流态三、雷诺数与其临界值 雷诺从一系列试验中发现：1、 不同种类液体在相同直径的管中进行实验，所测得的临界速度是各不相同的；2、 同种液体在不同直径的管中实验，所得的临界速度也不同。 故判定临界速度是液体的物理性质（ ?，? ）和管径（ d ）的函数。4-3. 粘性流体运动的两种流态液体形态的判别 雷诺数： 临界雷诺数：液流型态开始转变时的雷诺数。 对圆管： 对明渠及天然河道 对于非圆管，如矩形、三角形、环形管等，管道的特征尺寸是管道的当量直径（或称水力直径），即： d?=4A/?= 4RR为水力半径，它是过流断面面积与湿周之比，即 R= A/?4-3. 粘性流体运动的两种流态例 4-1:已知水流:t=5℃ , qV=15 L/s，d =0.1 m 求: Re = ？解：由t=5℃，查表得： ν = 1.519 ×10-6 m2/s Re = vd / ν = 4 qV d / (πd2 ν) = 4 qV / (π d ν) = 1.257×1054-3. 粘性流体运动的两种流态例 4-2: 已知水流:t