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§4.7 管道流动的水力计算 2.串联管道 H 对A、B截面列伯努利方程式 1 2 A B 式中符号的下标1、2分别代表两段不同的管子 根据连续性方程 从以上两方程式中消去 ，得 通常，管道的尺寸、表面粗糙度和局部损失系数是已知的，于是上式可表示为 §4.7 管道流动的水力计算 3.并联管道 各支管的流量与总流量应满足连续性方程 各支管的水头损失相等 Q4 Q1 Q2 Q3 Q5 H 水流满足能量方程 或 §4.7 管道流动的水力计算 1.分支管道 或 §4.7 管道流动的水力计算 5.管网 分枝状管网应按最不利点设计干管，在干管各段的流量分配给定，管径由经济流速确定的情况下，可以决定所需作用水头。此后的支管设计就成为已知水头和流量求管径的问题。 枝状管网 §4.7 管道流动的水力计算 5.管网 环状管网 对环状管网的每一个节点可写出连续方程，其中独立的比总节点数少一个。管网中的每一个闭合环水头损失的代数和为零。方程总个数恰为管网中的管段数。 工程上一般采用迭代法确定各管段流量分配，先给出流量分配初值，由经济流速确定管径，计算各闭合环水头损失代数和，根据各闭合环代数和的值，推求校正流量，重新进行流量分配，继续迭代过程，直至满足要求。 §4.8 流体出流 流体从孔口以射流状态流出，流线不能在孔口处急剧改变方向，而会在流出孔口后在孔口附近形成收缩断面，此断面可视为处在渐变流段中，其上压强均匀。 H H0 O O C A AC D C vC v0 1.孔口出流 * 第4章 管流损失和水力计算 §4.1 流体管内流动的能量损失 §4.2 流体运动的两种流动状态 §4.3 圆管中的层流流动 §4.4 流体的紊流流动 §4.5 沿程损失的实验研究 §4.6 局部损失 §4.7 管道流动的水力计算 §4.8 流体出流 §4.9 水击现象 返回目录 §4.1 流体管内流动的能量损失 1. 能量损失的产生 粘滞性 相对运动 物理性质—— 固体边界—— 产生水流阻力 损耗机械能hw 理想流体 流线 实际流体 流线 流速分布 流速分布 §4.1 流体管内流动的能量损失 2. 能量损失的分类 沿程能量损失 局部能量损失 §4.1 流体管内流动的能量损失 3. 流段的总能量损失 某一流段的总水头损失： 各种局部水头损失的总和 各分段的沿程水头损失的总和 §4.2 流体运动的两种流动状态 1. 雷诺试验 lgV lghf O 流速由小至大 流速由大至小 颜色水 颜色水 颜色水 颜色水 hf §4.2流体运动的两种流动状态 2. 流体运动的两种流态 层流 紊流 当流速较小时，各流层的流体质点是有条不紊地运动，互不混杂，这种型态的流动叫做层流。 当流速较大，各流层的流体质点形成涡体，在流动过程中，互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。 3. 层流和紊流的判别 （下）临界雷诺数 雷诺数 或 §4.2流体运动的两种流动状态 4. 紊流形成过程分析 选定流层 流速分布曲线 τ τ 干扰 F F F F F F F F F F F F 升力 涡 体 紊流形成条件 涡体的产生 雷诺数达到一定的数值 取微体：如图.半径 ,长 中心线和轴重合. 受力分析： 端的切向力和侧面的法向力在流动方向投 影为零.重力 ，无惯性力 在 方向上的平衡方程. §4.3 圆管中的层流流动 1. 圆管有效截面上的切应力分布 由： ； 不随r变化 方程两边同除 得： 粘性流体在圆管中作层流流动时，同一截面上的切向应力的大小与半径成正比 §4.3 圆管中的层流流动 1. 圆管有效截面上的切应力分布 在管壁上 由前述 代如上式得： 没有负号 §4.3 圆管中的层流流动 每一圆筒层表面的切应力： 另依均匀流沿程水头损失与切应力的关系式有： 所以有 积分整理得 当r=r0时，ux=0，代入上式得 层流流速分布为 2. 层流运动的流速分布 抛物型流速分布 最大流速 平均流速 §4.3 圆管中的层流流动 3. 圆管层流流动的流量 圆管中的流量： 对于水平圆管 哈根一泊肃叶公式 §4.3 圆管中的层流流动 4. 达西公式 由前述沿程损失公式： 得： 可见 ，层流流动的沿程损失与平均流速的一次方成正比 §4.3 圆管中的层流流动 5. 其它系数 因沿程损失而消耗的功率： 动能修正系数： 动量修正系数： 对水平放置的圆管 此式对于圆管中粘性流体的层流和紊流流动都适用 §4.4 流体的紊流流动 1. 紊流流动 时均速度和脉动速度 时均速度 脉动速度 瞬时速度 同理 瞬时轴向