4.5-4.8 流动阻力和水头损失.pptVIP

实际计算中，对于一般旧钢管和旧铸铁管，常采用粗糙区的舍维列夫经验公式： ? = 0.021 / d0. 3 (u 1.2 m/s) 或采用谢才公式 u2 = C2RJ 由于J=hf/l，故 即 ? = 8g/C2 可见谢才公式与达西公式是一致的 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 式中 n为反映壁面粗糙性质，并与流动性质无关的系数，称粗糙系数。 1895年，爱尔兰工程师曼宁提出计算谢才系数的经验公式： 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 三、工业管道的实验曲线—Moody图 工业用各种不同粗糙度圆管沿程阻力系数与雷诺数关系曲线图 * 流动阻力和水头损失 * 例2：旧铸铁管直径d=25cm，长700m，通过流量为56l/s，水温度为10度，求通过这段管道的水头损失。 解：管道的平均流速：u=Q/A=1.14m/s 由于u1.2m/s，可采用旧铸铁管计算阻力系数的舍维列夫公式，即 = 0.032 沿程水头损失： hf=?(L/d)u2/(2g)=0.032*(700/0.25) [1.142 /(2*9.8)]=5.94m 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 流动阻力和水头损失 4-5 紊流运动 一、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。紊流实质上是非恒定流动。 二、紊流处理方法——时均值 对随机的脉动，有两种处理方法：一为空间平均法；二为时间平均法。 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 试验研究结果表明：瞬时流速虽有变化，但在足够长的时间过程中，它的时间平均值是不变的。 时均速度ūx ūx=1/T∫0T uxdt 即恒定流时时间平均流速不随时间变化。 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 由图可见，瞬时速度ux是时均速度ūx和脉动速度ux’的代数和，即 ux = ūx+ ux’ 故 ūx=1/T∫0Tuxdt=1/T∫0T(ūx+ux’)dt=ūx+1/T∫0Tux’dt 所以 ūx’ = 1/T∫0Tux’dt=0 即脉动速度的时间平均值 ūx’ =0。同理ūy’=ūz’=0。 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 故在紊流中任意物理量的脉动值的时均值均为0。 至此我们引入了三种速度概念： 1）瞬时速度：在某时刻t，空间某点上液体的真实速度，用u表示。 2）时均速度：在某一时刻内，紊流中空间某点上液体各瞬时速度的平均值，用ū表示； 3）脉动速度：在某时刻t，空间某点上液体瞬时速度与时均速度的差值，用u’表示。 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 流速的脉动必然导致和流速紧密相关的切应力和压强等也产生脉动。用类似的方法可得时均压强为： 以px’表示脉动压强，则瞬时压强为： 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 引进时均值，将紊流简化为时均流动和脉动的叠加，就可对时均流动和脉动分别进行研究。 反映流动基本特性的时均值是主要的，它是一般水力计算的基础。 对时均流动来说，只要时均速度和时均压强不随时间变化，就可认为是恒定流动。 这样，上一章的稳定流动基本方程也可应用于紊流。 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 注意：1）引入时均值可方便研究紊流运动； 2）时均值是一种假想，在分析紊流运动物理本质时，还必须考虑质点相互混杂时引起的动量交换，否则会产生较大误差。 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 三、紊流的切向应力 层流运动粘滞切应力： 紊动时均切应力 看作是由两部分所组成： 第一部分为由相邻两流层间时均流速相对运动所产生的粘滞切应力 ； 第二部分为纯粹由脉动流速所产生的附加切应力 第四章 流动阻力和水头损失 * 流动阻力和水头损失 * 故 由于 第四章 流动阻力和水头损失 由普朗特动量传递理论导出 * 流动阻力和水头损失 * 四、紊流的流速分布 利用均匀流基本方程和紊流切应力公式(只考虑附加切应力)。 y