[工学]6管内流动与阻力.ppt

6.1 流动的两种型态 6.2 沿程阻力 6.3 局部阻力 6.4 管路水力计算 6.5 管流中的水击 弯管局部阻力 引起阻力的原因： 流动方向的改变 二次流（次流） 螺旋运动 流体进入弯管后，由于曲率的关系流体受到离心惯性力的作用，使弯管外侧的压力高于内侧的压力。AB区域的流体压力升高，其速度相应的减小。BC为压力逐渐降低区。在弯管内侧，ab段流动是降压增速的，bc流动是升压减速。这样在Aa截面与Cc截面之间出现和两次的升压减速区，使流体脱离壁面，在壁面附近形成涡流区，形成涡流损失。 管道越弯曲，涡流损失越大。 导流片 ＝0.2 流体在弯管中流动的损失由三部分组成: 2. 由切向应力产生的沿程损失 1. 形成漩涡所产生的损失 3. 由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失 0.2 0.8 0.132 0.206 d/R =90o 1.2 0.44 弯管流段，流体的流动方向发生改变，而平均流速大小并不变。流动方向的改变不仅使弯管的内侧和外侧可能出现两个旋涡区，而且还产生了一种称为二次流（secondary flow）现象，即弯管中在垂直轴线的过流断面上，产生一对如图所示的涡流，它和主流（primary flow）迭加在一起，使通过弯管的流体质点作螺旋运动，这也加大了弯管的损失。 二次流 在非圆截面的管道中，同样存在着二次流。二次流的存在使得管内的流动发生了变化，流动变得更为复杂，也增大了流动的阻力。 二次流可分为三类： 第一类，可在层流时出现，如弯管中的二次流； 第二类，由于雷诺应力造成的，如非圆直管中的二次流； 第三类，因物体在流动中往复振动引起的二次流。 例题 3－1 水从水箱经水平圆管流出，开始为层流。在保持水位不变的条件 下，改变水的温度，当水温由低向高增加时，出流量与水温的关系应为 (a) 流量随水温的增高而增加； (b) 流量随水温增高而减小； (c) 开始流量随水温增高而显著增加，当水温增高到某一值后，流量急剧减小，之 后流量变化很小； (d) 开始流量随水温增高而显著减小，当水温增高到某一值后，流量急剧增加，之后 流量变化很小。 圆管内流动处于层流状态时，流动主要受流体的粘性支配，提高水温(相当于减小流体的粘度) 流量急剧增加。随温度升高，流体粘度减小，相应的雷诺数增大到临界时，流动由层流过渡到湍流。在湍流情况下，湍流阻力 (附加阻力)大于粘性阻力，因此流量在出现湍流时减小。之后再提高水温，粘性阻力虽然减小，但因湍流阻力起支配主要，流量增加甚微。 (1839年G?Hagen 所做的实验) 例题 3－2 水箱中的水通过垂直管道向大气出流，设水水深为h， 管道直径 d，长度 l，沿程阻力系数 ， 局 部 阻力系数 。 解：据题意可列 （1）流量Q不随管长而变，即 Q 试求： （1）在什么条件下流量Q不随 管长l而变？ （2）什么条件下流量Q随管长l的加大而增加？ （3）什么条件下流量Q随管长l的加大而减小？ Q = f(l) ? 例题 3－2 （2）流量Q随管长加大而增加，即： （3）流量Q随管长加大而减小，即 管道输送时，管道内的压强不等于大气压时的管道，称为有压管道； 管道内存在自由表面，且自由表面上为大气压强时的无压输送管道，称为无压管道。 按结构分类，有压管路可分为等径、无分支管路系统的简单管路和复杂管路。复杂管路又包括串联管路、并联管路、分支管路和网状管路等。 按局部损失的大小分类，可分为短管和长管。短管是指局部损失和流速水头之和不能被忽略的管路；长管是以沿程损失为主，局部损失和速度水头之和可以忽略不计（小于总水头损失5%）的管路。 管道的水力计算问题均可以用所计算管道的总能量损失公式： 和某两个缓变流断面间的能量方程解决： 3. 已知所需的流量Q和管路布置及管长L，计算管径d。 通常在工程上遇到的管道计算问题有以下三种情况： 已知所需的流量Q和管道尺寸L、d ，计算压降Δp 或确定所需的供水压头H。 2. 已知管道的尺寸L、d及水头H或允许的压降Δp， 确定实际可以获得的流量Q。 管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统称为简单管路。 简单管路 计算基本公式 连续方程： 沿程损失： 能量方程： 第一类问题的计算 已知Q 、L、d 、μ、?，求 hf Q 、d 计算Re 由Re、?查莫迪图得? ， l 计算 hf H＝ ?Z＋ ?Pi－o＋Σ hf 已知hf 、l、d、μ、?，求 Q 设? 由hf计算 v 、Re