06管流第1次(流体力学)课案.ppt

The end Thank you ! 有压管道：当管道被流体充满时，容许在管内发生高于或低于大气压的压强。 无压流动：当输送液体的管道没有被液体所充满而存在自由液面，且液面上为大气压。 长管：以沿程损失为主，局部损失和流速水头可忽略的管道（l 1000d） 短管：局部损失和流速水头损失之和大于总水头损失的5%。 简单管路：管径不变且没有分叉的管道 复杂管道：由两条或多条简单管道组合而成的管道系统 基本概念 有压管道恒定流动水力计算主要解决以下几方面问题： ① 计算管道输水能力；② 确定作用水头；③ 计算沿程压强分布。 沿程损失 局部损失 已能定量分析，原则上解决了恒定总流能量方程中的粘性损失项。 管道中的满流 EXIT 实际流体恒定总流能量方程 ?一.简单管道的水力计算 自由出流 v O O 1 1 2 2 H EXIT 有压管道的进口是淹没的，出口分自由和淹没两种情况，它们的作用水头是不同的。 上游总水头和下游测管水头之差，用于支付出口速度水头和全部水头损失（包括沿程损失及所有局部损失）。 v O O 1 1 2 2 H 改写 作用水头 EXIT = ? H 0 = 0 ? = = v O O 1 1 2 2 H 管系流量系数 作用水头 H EXIT v O O 1 1 2 2 淹没出流 z h = ? z+h 0 = ? = = h 作用水头 z EXIT v O O 1 1 2 2 3 3 z h = ? z+h 0 = ? = = 用3-3断面作下游断面 0 h = 出口水头损失按突扩计算 EXIT v O O 1 1 2 2 z h 管系流量系数 淹没与自由出流相比，作用水头不同，管系流量系数相同，局部损失中不包含2-2断面出口损失。 EXIT 流量模数 与流量具有相同的量纲 如果作用水头的95%以上用于沿程水头损失，我们就可以略去局部损失及出口速度水头，认为全部作用水头消耗在沿程，这样的管道流动称为水力长管。否则为水力短管。 水力长管 对水力长管，根据连续方程和谢才公式可知 长管:作用水头全部用于支付沿程损失 EXIT 压强的沿程分布 入口断面 0-0，任意断面 i-i 通过有压管道定常流动的水力计算，容易确定沿程压强的分布，得到测压管水头线。测压管水头线低于管轴线，为负压。工程中有时需要避免压力的低值，为此找出管道中的压力最低点，检验其是否满足要求。如压力过低，可采取调整管道位置高程、降低流速等措施解决。 EXIT EXIT 空化会造成水力机械效率的降低以及气泡在随后压强稍高的区域溃灭时的空蚀危害。理论上认为压强低于当地温度下液体的蒸汽压强就要发生空化。 当液流局部地区的压强降低到一定程度时，液流的内部会出现气体（或蒸汽）空泡或空穴，这种现象叫空化。 空化现象 今后有压管道恒定流动的水头线可依据水力计算结果，比较精确地定量绘制。 有压管道恒定流动的水头线 * * 第五章 层流、紊流及其能量损失 §5—4 紊流流动的特征 学习内容回顾 ?一. 紊流中物理量的表示 ui(t) T t 紊流流场各项物理量的平均值不随时间而变，则可称为“恒定”的紊流。 “恒定”紊流 ?二. 紊流附加应力 在紊动的时均流场中会出现新增的应力 叫做紊流附加应力或雷诺应力，它是脉动流速对平均流动的贡献。 则时均流动的总切应力 紊流流核区 过渡区 粘性底层 管轴 y x EXIT ?四. 紊流流动的近壁特征 粘性底层的名义厚度 EXIT 紧贴着物面，脉动流速受壁面制约趋于零，其中的流动为层流。这一层叫做粘性底层或层流底层。在粘性底层，粘性应力占主导地位。在紊流流核区，紊动充分发展，由流体微团的脉动流速引起各层流体之间的动量交换产生紊流附加切应力（或称雷诺应力）占主导地位。 鉴于壁面切应力的重要性，定义壁面切应力与密度之比的开方为摩阻流速。 粘性底层的实际厚度 粘性底层 摩阻流速 水力光滑和粗糙圆管流动间的过渡区。 粗糙高度已进入流速分布的对数区，连续的粘性底层已经不存在，为水力粗糙圆管流动。 粗糙高度小于粘性底层厚度，为水力光滑圆管流动。 EXIT ?五. 流道壁面的类型 粗糙高度ks为表征管壁粗糙程度的特征长度。 EXIT 光滑圆管紊流断面流速分布 管轴 紊流区 过渡区 粘性底层 y x 粗糙圆管流动速度分布 ?六. 紊流流速分布 过渡粗糙区 1.5 30.