第四章 水头损失正版.ppt

本章纲要: 第一节　水头损失的物理概念及其分类 第二节 实际液体流动的两种型态 层流与紊流定义 上临界流速与下临界流速 二 层流、紊流的判别标准——临界雷诺数 2)上临界雷诺数定义 圆管流态判别方法 非圆管流态判别方法 三、雷诺数的物理意义 三、雷诺数的物理意义 Re=惯性力/粘滞力； 沿程水头损失计算思路 1.雷诺试验：hf=kv； 2.牛顿内摩擦定律： 要求解hf ；还需了解hf和切应力关系 第三节 均匀流沿程水头损失与切应力的关系 圆管切应力分布 第四节 圆管中的层流运动 二、圆管层流的动能修正系数和 动量修正系数 三、沿程损失计算公式（达西公式） 第五节 液体的紊流运动 二 紊流运动要素的脉动 第六节 圆管中的紊流一 圆管紊流流核与粘性底层 根据粘性底层紊流的分区 △＜0.4δ0 水力光滑0.4 δ0 △ 6 δ0 紊流过渡区△＞6 δ0 水力粗糙 二、流速分布 问题：紊流流速分布比层流更均匀吗？ 82页公式 三、沿程水头损失 问题：紊流沿程水头损失如何计算？ 第七节 圆管中沿程阻力系数的变化规律及影响因素一 尼古拉兹实验曲线 二人工粗糙管沿程阻力系数的半经验公式 工业管道曲线（莫迪图）88页 四 沿程阻力系数的经验公式 布拉休斯公式 第八节 计算沿程水头损失的经验公式——谢才公式 第九节 局部水头损失 （2）流动方向变化所造成的二次流损失 二 局部水头损失的计算公式 三 圆管中水流突然扩大的局部损失及其系数 四、各种管路配件及明渠的局部阻力系数 如图所示管道，已知水头为H，管径为d，沿程阻力系数为，且流动在阻力平方区，若：(1)在铅直方向接一长度为L的同管径水管；(2)在水平方向接一长度为L的同管径水管。试问：哪一种情况的流量大?为什么(假设由于管路较长忽略其局部水头损失)? 再 见! 圆管层流运动演示 由于液体质点脉动引起相邻层间的动量交换 从而在层面上产生的紊流附加切应力 三、紊流切应力 由于相邻流层时均流速不等而存在相对运动所产生的粘滞切应力 粘性底层δ0 紊流流核 粘性底层 δ0 粗糙凸出管壁的“平均”高度，用 表示 粘性底层厚度 (δ0随雷诺数的增加而减小) 绝对粗糙度: 黏滞切应力大 粘性底层的厚度虽然很薄，一般只有十分之几毫米，但它对水流阻力或水头损失有重大影响。 当 大于△若干倍 △ δ0 △ δ0 水力光滑 水力粗糙 紊流过渡区 介于二者之间 △ δ0 当 小于 若干倍 δ0 采用半经验、经验公式、图表确定沿程阻力系数 改变流量 V hf Re hf l 人工粗糙管 人工粗糙管 相对粗糙度： 1区—层流区 Ⅱ区—层流到紊流的过渡区 Ⅲ区——“光滑管”区 Ⅳ区—紊流过渡区 。 v区——“粗糙管”区或阻力平方区。 ， lg2300 和工业管道粗糙管区 值 相等的同直径人工粗糙管的粗糙高度。 当量粗糙高度 : 紊流光滑管区 紊流粗糙管区 三工业管道的实验曲线和沿程阻力系数的计算公式 表4-7-1 柯列勃洛克公式: 紊流沿程阻力系数的综合计算公式 希弗林公式: 引出当量粗糙度的概念后，（4-7-3）和（4-7-5)适用于工业管道，另外： （4-7-6） （4-7-7） 结论： 光滑管区：（4-7-3）（4-7-6）（4-7-7） 紊流过渡区：（4-7-6) ）（4-7-7） 粗糙管区： （4-7-5）（4-7-6）（4-7-7） 适用条件： 舍维列夫公式 对旧铸铁管及旧钢管： 粗糙管区 紊流过渡区 且 光滑管， δ0 断面平均流速 谢才系数 水力半径 水力坡度 或 谢才系数量纲:[L1/2T-1]，单位为m1/2/s。 证明: 谢才系数的经验公式： 1 曼宁公式 2 巴甫洛夫斯基公式 适用范围:管道及较小渠道，n0.020，R0.5m 粗糙系数，综合反映壁面对水流阻滞作用 适用范围；0.1m≤R≤3m， 0.011≤n≤0．04。 水力半径,单位米 注意谢才公式和曼宁公式的适用范围 一 局部水头损失产生的原因 主流脱离固体边界，形成漩涡区 （1） 边界突变处 沿程损失计算公式 局部损失计算公式 当水流进入阻力平方区后， 只取决于局部障碍的形状，与雷诺数无关。 —局部阻力系数 静压分布 左端动水压力： 右端动水压力： 流动方向重力分力： 1和2断面列能量方程 ,方程式两边同除以 令 断面突扩局部损失 1 2 v1 v2 管路出口损失 例: