流体力学(流动阻力及能量损失).ppt

设初值λ1 = 0.025,第一次迭代得λ2 = 0.0308 ，第二次迭代得λ3 = 0.0308 则取 λ = 0.0308 最后再判别柯氏公式是否在紊流光滑管和紊流粗糙管区范围。 解三：柯氏公式计算 得迭代式 　　判别阻力区 则　　0.4＜Δ/δ＝1.25/0.214＝5.8＜6 故流动处于紊流过渡区，λ可用柯氏公式计算。 例2：设有一用块石砌的梯形断面水渠，渠道底宽b=5m，水深h=2.5m，边坡系数m=ctgθ=1。试用曼宁公式和巴甫洛夫斯基公式求谢才系数c值。 解： 水力半径 查曼宁粗糙系数表5-2得n = 0.025，按曼宁公式计算 按巴甫洛夫斯基公式计算 判断1：紊流附加切应力与粘性切应力均与流体的密度和脉动强度有关。 判断2：紊流核心的切应力以附加切应力为主，粘性切应力可以忽略。 判断3：在一直管中流动的流体，其水头损失包括沿程水头损失与局部水头损失。 判断4：谢才系数C是一个无量纲数。 F F T F 　§6－7 管中局部阻力损失计算 局部损失产生的原因 　　　　 突然扩大局部损失 局部损失计算的一般公式 局部损失与沿程损失一样，也与流态有关，但目前仅限于紊流研究，且基本为实验研究。 　　一、局部损失产生的原因 　　旋涡区的存在是造成局部损失的主要原因。 二、突然扩大局部损失 选取Ⅰ—Ⅰ，Ⅱ—Ⅱ断面，小管的断面积为A1，平均流速为v1，压力为p1；Ⅱ—Ⅱ断面上对应参数为A2，v2，p2。以管轴中心线为基准面，列出Ⅰ—Ⅰ和Ⅱ—Ⅱ断面的能量方程。 式中　α1 = α2 = 1，hj——局部阻力损失。 （1） 1）作用在Ⅰ—Ⅰ断面上的总压力P1 再对Ⅰ、Ⅱ断面与管壁所包围的流体段列出沿流向的动量方程 4）边壁的摩擦阻力忽略不计 代入动量方程，得 P1 = p1A2 2)作用在Ⅱ—Ⅱ断面上的总压力 P2 = p2A2 3)重力在管轴上的投影 将Q =v2A2代入，化简后得 (2) 式中ζ1、ζ2 ——圆管突然扩大局部阻力系数。 将式（2）代入式（1）得 整理得 m 上式为圆管突然扩大局部损失的计算公式，称包尔达（Borda）公式。 由连续性方程得 或 所以突然扩大的局部系数为： 代入上式得 或 三、局部损失计算的一般公式 由于局部损失的形式是多种多样的，产生的原因很复杂。除个别可以从理论上近似地推导出公式外，多数只有通过实验来确定。 通用计算公式 式中 ζ ——局部阻力系数，由实验确定。 v——与ζ相适应的平均流速，m/s。 ζ值可查有关《手册》和《流体力学》选取。 例：两水箱用两段不同直径的管道相连接，1—3管段长l1 = 10 m，直径d1 = 200mm，λ1=0.019；3—6管段l2 = 10m，d2 = 100mm，λ2 = 0.018。管路中的局部管件有：1为管道入口；2和5为900煨弯弯头；3为渐缩管（α= 80）；4为闸阀；6为管道出口。若输送流量Q = 20 L/s，求水箱水面的高差H应为多少？ ， 解：计算出两管段中的流速水头 由两水箱水面的能量方程可知： 而两水箱间管流总水头损失为： 查表5—4和有关资料可得ζ1 = 0.5；ζ2 = ζ5 = 0.5；；ζ4 = 0.5；ζ6 = 1.0。 代入上式得 = 1.293(m) 所以，两水箱水面高差为1.293m 问题1、管径突变的管道，当其它条件相同时，若改变流向，在突变处所产生的局部水头损失是否相等？为什么？ 答：不等；固体边界不同，如突扩与突缩 答：固体边界的突变情况、流速；局部阻力系数应与所选取的流速相对应。 问题2、局部阻力系数与哪些因素有关？选用时应注意什么？ 同样，紊流中各点瞬时压力也可分成时均压力和脉动压力两部分。即 瞬时压力 时均压力 脉动压力的时均值 引入时均流速和时均压力后，紊流运动就可理解为流体按时均流速和时均压力在运动。 若紊流中各空间点上的时均流速和时均压力不随时间改变，则称为稳定紊流，反之称为不稳定紊流。 在紊流运动的研究中，所有概念都将以时均值来定义。例如，紊流流场中流线定义为在时均速度场中所做的曲线，在给定瞬时位于该曲线上的所有流体质点的时均速度向量都与曲线相切。 二、紊流的切应力(P157) 紊流运动的切应力由两部分组成： ●相邻层间的相对