第四章-流动阻力和能量损失.ppt

第四章 流动阻力与能量损失 其中hl1-2是因克服截面1－1与2－2之间的阻力即单位重量的流体所消耗的机械能（或压头），称为压头损失 单位：为焦／牛(或米)，。 本章将着重讨论该项。 二、流态的判别准则——雷诺数(Reynolds Number) 3、进一步的实验证明，除了流速v对流态有影响之外，管道直径D、流体密度ρ和粘度μ对流态也有影响。 D、ρ愈大，μ愈小，流态就愈容易从层流转为湍流。 判断流态的准则采用雷诺准数(Reynolds Number)，用符号Re表示，即 三、当量直径 式中，de称为当量直径，de=4R=4A/x， A为流体的截面积，x为流体润湿截面的周长。 R=A/x 为水力半径，即当量直径为水力半径的4倍 第四节 紊流运动特征和紊流阻力 紊流运动不规则主要体现在紊流的脉动现象 即速度压强等空间点上的物理量随时间变化作无规则的随机变动 但在一段足够长的时间t1内，速度的变化围绕着一个平均值，这个平均值称为时均速度 紊流中某一瞬间，某一点瞬时速度为： 第五节 尼古拉兹试验 尼古拉兹试验模型： 目的：探索沿程阻力系数λ的变化规律， 试验思路：制做粗糙管——用大小基本相同，形状近似球体的砂粒用漆汁均匀而稠密地粘附管壁上（称为尼古拉兹粗糙） 实验过程：用多种管径和多种粒径的砂粒，得到了K／d=1/30～1/1024的六种不同的相对粗糙度。在类似于雷诺实验的装置中，量测不同流量时的断面平均流速v和沿程水头损失hf。 根据 根据λ变化的特征。图中曲线可分为五个阻力区： I、 层流区 λ=f1（Re） =64／Re Ⅱ、临界过渡区 λ=f2（Re） Ⅲ、紊流光滑区 λ=f3（Re） Ⅳ、紊流过渡区 λ=f4（Re，K／d） V、紊流粗糙区 λ=f5（K／d） 第七节 局部阻力损失 ∑F为全部轴向外力之和，其中包括 作用在1、2断面上的总压力及微元段的重力，而边壁上的摩擦阻力忽略不计 总压力： P1＝p1A2 P2=p2A2 重力在管轴上的投影力 ： 当液体从管道流入断面很大的容器中或气体流入大气时 计算时必须注意使选用的阻力系数与流速水头相适应。 第八节 减少阻力的措施 减小管中流体运动的阻力有两条完全不同的途径： 一是：改进流体外部的边界，改善边壁对流动的影响； 如：管道进口 处改为圆滑入口； 突扩管制成台阶式； 对于弯管而言， R/d=1~4 之间； 配件之间合理衔接，应该先扩后弯，不能先弯后扩； 一是在流体内部投加极少量的添加剂，使其影响流体运动的内部结构来实现减阻。 第九节　管路计算 管道水力计算主要任务: (1)根据给定的流量和允许的压强损失确定管道直径和管道布置； (2)根据给定的管道直径、管道布置和流量来验算压强损失； (3)根据给定的管道直径、管道布置和允许的压强损失，校核流量。 一、简单管路的计算 二、复杂管路的计算 复杂管路：除简单管道以外的管道系统,含串联管道和并 联管道. 1.串联管路：由几种不同直径的管段串联在一起组成的管道。 2、并联管路：由数段管道并列连接所组成的管道系统 则流量 三、管路的选用原则 1、在既定的流量之下，压头损失随着管道直径的5次方成反比。因此，为了节省输送流体时的电能，宜尽可能选用直径较大的管道。 但是，选用较大直径的管道时，管道的重量增加，又增加管道的购置和费用。 2、选择管道直径时，还要注意流体的物理性质。 对于粘度大、密度大，较难输送的流体，流速不宜过大。 而对于粘度小、密度小，较易输送的流体，流速可大一些。 对于含有固体颗粒的流体，流速不能选得过低，以免固体在管道中沉积。 2、渐扩管： 突然扩大的水头损失较大。如图所示的渐扩管，水头损失将大大减少。渐扩管的阻力系数ζd为 当n一定时，渐扩管的摩擦损失随α增大和管段缩短而减小。 渐扩管的最小水头损失约在5 ° - 8 °范围内，最好不超过8 °-10 °。 3、突然缩小 水头损失大部分损失在C-C断面上: 4、渐缩管 5、管道进口 阻力系数与管道进口边缘的情况有关 6、弯管的局部损失 7、三通的局部损失P122-123 P122 求出各种情况的ζ后根据下面的公式查表计算 基本公式： 简单管路:具有相同管径d，相同流量Q的管段，它是组成各种复杂管路的基本单元。 以图(b)为例,在1-1于2-2断面间列伯氏方程,则： 特点： 1）如果管道中途没有流体加入或排出，则各管段的流量相等。 Q1=Q2=Q3=Q 2）整条管道的阻力损失等于各管段阻力损失之和，