第六章流动阻力与水头损失.ppt

第六章 流动阻力与水头损失 主要内容 液体在管道内的流动状态、速度分布、能量损失和各类管流的水力计算及液体出流 第一节 管内流动的能量损失 理想流体 黏性流体 黏性流体 切向应力 机械能损耗 能量损失 能量损失 沿程能量损失 局部能量损失 第一节 管内流动的能量损失 一、沿程能量损失 发生在缓变流整个流程中的能量损失，是由于流体的黏滞力造成的损失。 λ为沿程损失系数,与Re,d,ε有关的量,v2/2g为单位重量流体的动压头 第一节 管内流动的能量损失 二、局部能量损失 发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，是在管件附近的局部范围内主要由于流体微团的碰撞、流体中产生的旋涡等造成的损失。 ζ为局部损失系数，实验确定 第一节 管内流动的能量损失 三、总能量损失 第二节 黏性流体的两种流动状态 1、雷诺实验 laminar turbulent 实验目的：观察粘性流体的流动状态。 实验装置：水箱，染色水，玻璃管，阀门；很干净，扰动小。 层流（laminar flow）：流速较低，红墨水迹线平稳。水质点沿轴向分层平稳流动。 不稳定流动：红墨水迹线波动。水质点不稳定，有轴向和垂向的分速度。 湍流(turbulent flow)：流速超过某值时，红墨水迹线破裂。各层流体质点相互掺混，出现不规则、随机脉动速度。 实验表明：粘性流动存在两种流动状态——层流和湍流。 /v/b1273049445.html 2、Reynolds数 （non-dimensional number） Reynolds数的物理意义： 惯性使扰动放大，导致湍流，粘性抑制扰动使流动保持稳定。 当 时，流动趋于理想流体运动。 临界 Reynolds number ——流动状态发生转捩对应的Re number。 （层流） （湍流） 不是一个确定的常数，它与水流扰动等实验条件有关。扰动大 低；扰动小 高。它的下限约2320，上限会高达13800。 3、沿程损失与流动状态的关系 ab段 层流 ef段 湍流 be段 临界状态 结论：流态不同，沿程损失规律不同 例题 水在内径d=100mm的管中流动，流速为v=0.5m/s，水的运动黏度ν=1×10-6m2/s。试问水的流动状态？若管中液体是油，流速不变，但运动黏度ν=31×10-6m2/s。问油的流动状态？ 第三节 管道进口段黏性流体的流动 层流进口段长度： 湍流进口段长度： 通过管道流量一定，边界层厚度逐渐增加，中心流速将加快。不断改变流速分布的流动一直发展到边界层在管轴处相交，成为充分发展流动，边界层相交以前的管段称为管道进口段。 与扰动有关，扰动越大越短 第四节 圆管中流体的层流流动 得到 1.管道内切应力分布 倾斜角度为θ的圆管内不可压粘性流体定常层流流动。取半径为r，长度为δl的微圆柱体为分析对象，受重力、两端压力和侧面粘滞力平衡，则： 切向力的大小与半径成正比。 2.断面流速分布 牛顿内摩擦定律 积分 旋转抛物面体积是其外切圆柱的一半 第四节 圆管中流体的层流流动 平均速度为最大速度的一半 边界条件： 第四节 圆管中流体的层流流动 2.断面流速分布 圆管中流量： 水平放置的圆管中流量：h不变，dp/dl=-?p/l 哈根-泊肃叶公式 3.动能与动量修正系数 第四节 圆管中流体的层流流动 4.沿程损失系数 单位重量流体压降 比较 注意：沿程损失系数仅与雷诺数有关。 第四节 圆管中流体的层流流动 压降： 例题 内径为20mm的倾斜放置的圆管，其中流过密度ρ=815.7kg/m3，黏度μ=0.04Pa.s的流体，已知截面1处压强9.806×104Pa，截面2的压强为19.612 ×104Pa，，求流体在管道中 流动方向，流量，雷诺数。 一、紊流流动 紊流流动：流体质点作复杂，无规律的运动。 时均速度：时间间隔T内轴向速度的平均值。 瞬时速度： 脉动速度：瞬时速度与时均速度之差，其时均值为零。 第五节 黏性流体的湍流流动 物理意义: 以 代替 v 时保持相同的流量。 T： 是比湍流脉动周期 长得多的时间间隔。 湍流场可看成是统计平均场和随机脉动场的叠加， 即每一点的瞬时物理量看成是平均值和脉动值之和。 v o t0 T Dt t 时均值定义： 几何意义: v ~t 曲线和t轴所围面积的平均高度， 瞬时速度 平均速度 脉动速度 流体压强 瞬时压强=时均压强+脉动压强 第五节 黏性流体的湍流流动 工程中关心的是：流体主流的速度分布，压强分布以及能量损失。 时均定常流动：空间各点的时均速度不随时间改变的紊流流动。 第五节 黏性流体