流体力学第5章 管流损失与阻力计算.ppt

式中沿程损失系数：（达西—魏斯巴赫公式） 在急变流中，由于流体微团碰撞或漩涡产生的能量损失，其大小与部件的形状和相对大小有关。 单位重力流体局部能量损失： 5.3 管道入口段中的流动 5.4 圆管中粘性流体的层流流动 例5-1 内径20mm的倾斜放置圆管，流过密度815.7kg/m3、粘度0.04Pa.s的流体，已知截面1处压强为9.806×104Pa，截面2处压强为19.612×104Pa，试确定流体的流动方向、流量和雷诺数。 解：管内压强势能与位势能之和 圆管中紊流的速度分布 管流中心部分的速度分布比较均匀；靠近固体壁面的地方，脉动受到壁面的限制，粘滞力使流速急剧下降，形成了中心较平坦而近壁面速度梯度较大的分布。 粘性底层到紊流充分发展区之间为过渡区。 e — 绝对粗糙度 e /d—相对粗糙度 δe —水力光滑管（图a) δe —水力粗糙管 (图b） 计算光滑管紊流速度还可以用一个更方便的指数方程 假设 5-6 沿程损失的实验研究 尼古拉兹对不同直径不同流量的管流（人工粗糙管）进行了实验，实验范围： 1.层流区（Re 2320） (一次方阻力区，管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响) 紊流光滑管区 5. 紊流粗糙管区 例5-2 已知通过直径200mm、长300m、绝对粗糙度0.4mm的铸铁管的油的体积流量为1000m3/h，运动粘度 ，试求能量损失 。 解： 关键是当量直径的计算 当量直径：4倍过水截面A与湿周x之比。 充满流体的矩形管道： 充满流体的圆环形管道： 充满流体的管束： 典型非圆形管道的截面 流体在非圆形管道中流动的雷诺数 流体在非圆形管道中的沿程损失 例5-3 用镀锌钢板制成的矩形风道，截面积A=0.3× 0.5m2，长30m，风速14m/s，风温34℃，试求沿程损失。风道入口风压980.7Pa，出口比进口高10m，求出口截面风压。（镀锌钢板绝对粗糙度0.15mm)。 解：风道当量直径 按大截面流速计算的局部损失系数 流束的收缩系数 实验证明， 截面AA’和DD’的压强分别是均匀的，在AB和CD这两段增压过程中，有可能因为边界层能量被粘滞力消耗而出现边界层分离，形成旋涡，造成损失。 在管道系统的设计计算中，常常按损失能量相等的观点把管件的局部损失换算成等值长度的沿程损失。 例5-5 图为水轮机工作轮与蜗壳间的密封装置，其中线处的直径d=4m，径向间隙b=2mm，缝隙纵长均为l2=50mm，各缝隙之间有等长扩大槽沟，密封装置进出口压差p1-p2=294.2kPa，密封油的密度r=896kg/m3，取进口局部损失系数 ，出口局部损失系数 ，沿程损失系数l=0.03，试求密封装置的漏损流量。如不设扩大槽沟，其漏损流量又为多少？ 解：环形通道当量直径 无扩展沟槽时，缝隙轴向长度： 5.9 管道水力计算 由不同直径或粗糙度的数段管子连接在一起的管道。 特点：通过串联管道各管段的流量相同； 串联管道的损失等于各管段损失的总和。 两类典型问题 例5-6 二容器用两段新的低碳钢管连接起来，已知d1=20cm，L1=30m，d2=30cm，L2=60m，管1为锐边入口，管2上的阀门的损失系数ζ=3.5。当流量qv=0.2m3/s时,求必需的总水头H。 解： 设20℃水 由表5.5.1，普通条件下浇成的钢管 例5-7 已知并联管道： 解： 采用下式计算沿程阻力系数 并联管道各支管压降与总压降相等，试取 按给定流量重新分配并校核计算压降 特点：流入或流出管道汇合处的流量相等，即 特点：流入结点的流量等于流出结点的流量， 在任一环路中，由某一结点沿两个方向到另一个结点的能量损失相等。 集流器的速度系数 5.10 几种常用的技术装置 例5-8 风筒的直径d=400mm，集流器为60°圆锥形，测得静压pe=58.84Pa，风温t=20℃，求通过风筒的流速v和体积流量qv。 解： 该集流器速度系数 液体由管道从较高液位的一端经过高出液面的管段自动流向较低液位的另一端的现象。 例5-9 虹吸管直径d=100mm，总长L=20m，B点前管长L1=8m，B点离上游水面高h=4m，水面位差H=5m。沿程损失系数λ=0.04，进出口及弯头损失系数分别为ζi=0.8, ζo=1, ζb=0.9。求qv和B点真空液柱高hv。 解： B点真空水柱高 三、堰流 堰流的理想流形 1.来流流速均匀 2.自由表面水平 3.水舌压强为大气压 4.不计粘滞力和表面力 （流体出流）孔口出流在工程技术中有着广泛的应用，在许多领域都可以见到。例如，水利工程上的闸孔，水力采煤用的水枪，汽车发动机的