[工程科技]第七章流体在管路中的流动.pptVIP

层流: 过渡流: 紊流: 7.5 管道流动的局部水头损失 各种工业管道中，往往设有一些阀门、弯头、三通??,由此产生的流量损失称为管道流动的局部水头损失。 7.5.1 局部水头损失产生的原因 工程管路系统中的局部水头损失主要发生在管的出入口，管截面变化部位，弯头和三通，各种阀门等部件。图(a)~(e)就是几种典型的局部阻碍。引起局部能量损失的原因主要是： （1）截面变化引起速度的重新分布； （2）流体质点相互碰撞和增加摩擦； （3）两次流； （4）流动分离形成涡旋。 工程流体力学 (a) 突扩管 ； (b) 突缩管 ； (c) 圆弯管 ； (d) 圆角分流三通； (e) 渐扩管 (a) (b) (e) (c) (d) 几种典型的局部阻碍 7.5.2 局部水头损失的计算 1.局部水头损失公式 局部水头损失 可以按下式计算 式中 ——局部水头损失因数（局部阻力因数），由实验确定； —— 对应断面的平均流速（一般均指后来断面的平均流速）。 如果管道流动中，有n个局部阻碍，那么总的局部水头损失为 2.几种典型的局部水头损失因数 (1)突然扩大管（图）。有下式 分别为小管和大管的过流断面积，公式中 取小管中平均流速 。 当流体在淹没情况下，流入断面很大容器时，此时 ，称为管道的出口损失因数，但公式中平均流速取断面 处。 （2）突然缩小管。 有下式 当流体由断面很大的容器流入管道时，此时 v 1 A 2 A 管道出口 1 A 2 A c c 突缩管 V 2 V 1 称为管道入口损失因数。 （3）弯管的局部水头损失因数见表7.3。 弯管的几何形状决定于转角 和曲率半径R与管径d之比 （或 ），对矩形断面的弯管还有高宽比（图7.20）。表7.3给出了四种断面形状的弯管在不同 角和 （或 ）时的 。 v 2 A 1 A 图.19 7 管道入口 h b d R θ 弯管的参数 表7.3 弯管的局部水头损失因数 【例7.7】两水池水位恒定，已知管道直径 ，管长 ，沿程摩阻因数 ，局部水头损失因数 ， ，通过流量 ，如图，试求：（1）若水是从高水池流到低水池，求这两水池水面高度差；（2）若水是从上述高度差水池的低水池流入到高水池，其它条件不变，则增设水泵的扬程需多大。 【解】 据题意，管中流速 （1）设高水池水面为1—1，低水池水面为2—2，则自1—1至2—2断面的伯努利方程为 即 其中 h 1 1 2 2 两水池间的管流 故 （2）当水流从低水池流入高水池，则在管路中需加水泵，水泵的扬程H指的是单位重量液体通过水泵所获得的能量。故列自2—2水面至1—1断面的伯努利方程 即 水泵的扬程需 本章小结 几个基本概念：层流、湍流、上下临界流速、水力半径、雷诺数、能头损失、沿程阻力、局部阻力、时均速度、水力光滑管、水力粗糙管、水力光滑流动、水力粗糙流动、水力长管、水力短管 重点：雷诺试验、能量损失计算、圆管层流流动公式、尼古拉兹曲线以及莫迪图的应用、局部阻力系数计算、管路计算。 湍流中各物理量的时均值，如 不随时间而变，仅是空间点的函数，即 则被称为恒定的湍流运动，但湍流的瞬时运动总是非恒定的。 7.3.3 湍流的切应力 1.湍流切应力 平面恒定均匀湍流，相应的湍流切应力 由两部分组成，如图，由时均流层相对运动产生黏性切应力 由湍流脉动，上下层质点相互掺混、动量交换引起附加切应力，又称惯性切应力 ，用下式表示： 故湍流切应力 在雷诺数较小时、湍流脉动较弱时， 占主导地位；当雷诺数很大、脉动湍流充分发展，此时 ，即产生的惯性阻力远大于粘性阻力。 2.普朗特（Prandtl）混合长度理论 德国力学家普朗特提出的混合长度理论。要点如下： （1）流体质点横向掺混过程中，存在与气体分子自由行程相当的行程l,而不与其它质点相碰撞，l称为混合长度。发生质点掺混的两流层的时均速度差 （2）脉动速度 与两流层时均速度差 有关： ～ 考虑到脉动速度 和 有关，即 ～ ～ 将上式代前中， 项并简化，得 （3）混合长度l不受粘性影响，只与质点到壁面的距