流动阻力和能量损失4.pptVIP

第5章 流动阻力与水头损失 ★本章重点掌握 沿程水头损失计算 局部水头损失计算 §5-1 概述 一、章目解析 从力学观点看，本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因： 内因——粘性+惯性 外因——外界干扰 从能量观看，本章研究的是能量损失（水头损失）。 第5章 流动阻力与水头损失 二、研究内容 内流（如管流、明渠流等）：研究 的计算（本章重点）； 外流（如绕流等）：研究CD的计算。 三、水头损失的两种形式 hf ：沿程水头损失(由摩擦引起)； hm ：局部水头损失（由局部干扰引起）。 第5章 流动阻力与水头损失 §5-2 粘性流体的流动型态 一、雷诺实验简介 1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 二、判别标准 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 §5-3 定常均匀流基本方程 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 ★为便于应用，莫迪将其制成莫迪图。 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 第5章 流动阻力与水头损失 例题1 例题2 例题2 得流速 据连续性方程得流量 Lewis Moody §5-6 局部水头损失 一、局部水头损失产生的原因 旋涡区的存在是造成局部水头损失的主要原因。 局部水头损失与沿程水头损失一样，也与流态有关，但目前仅限于紊流研究，且基本为实验研究。 二、圆管突然扩大的液流局部水头损失 1.从1→2建立伯努利方程，可得 （1） 2.在s方向列动量方程 式中： 引入实验结果 （2） 3.联立（1）、（2），并取 ，得 （包达公式） 三、局部水头损失通用公式 式中：ξ=f(Re,边界情况)，称为局部阻力系数，一般由实验确定。 例题2 [例1] 水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的Re2/Re1=? [解] 因 故 * * 总水头损失： Osborne Reynolds (1842-1916) 雷诺在观察现象的同时，测量 ，绘制 的关系曲线如下： 层流： 紊流： A E B C D 层流 过渡区 紊流 1.试验发现 2.判别标准 圆管：取 非圆管： 定义水力半径 为特征长度.相对于圆管有 故取 例题1 一、定常均匀流基本方程推导 对如图所示定常均匀有压管流，由1→2建立伯努利方程，得： 流体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。 （1） 2. 在s方向列动量方程，得： 式中： （2） 3. 联立（1） 、（2），可得定常均匀流基本方程 上式对层流、紊流均适用。 （3） 二、过流断面上切应力τ的分布 仿上述推导，可得任意r处的切应力： 考虑到 ，有 故 （线性分布） 三、沿程水头损失hf的通用公式 由均匀流基本方程 计算 ，需先求出 。 因 据π定理： 故 令 ，并考虑到 ， 式中， 为沿程阻力系数，一般由实验确定。 代入 可得沿程水头损失 的通用公式——达西公式： §5-4 圆管中的层流运动 一、过流断面上的流速分布 据 积分 得： ——旋转抛物面分布 最大流速： 流量： 二、断面平均流速 三、沿程水头损失 由 和 得： 与hf的通用公式比较，可得圆管层流时沿程阻力系数： 四、动能、动量修正系数 §5-5 圆管中的紊流运动 一、紊流的特征 主要特征：流体质点相互掺混，作无定向、无规则的运动，运动要素在时间和空间都是具有随机性质的运动。 ?严格来讲，紊流总是非恒定的。 ?时间平均紊流