工程流体力学(动力12).ppt

第4章 不可压缩粘性流体的一元流动 §4-8 沿程损失系数的实验研究 尼古拉兹实验 莫迪图 §4-9 局部水头损失 局部损失产生的原因 截面突然扩大的局部损失系数 * lg(100?) d/? 61 30 252 120 1014 504 lg(Re) 0.4 0.3 0.6 0.5 0.8 0.7 1.0 0.2 1.1 0.9 2.8 3.2 3.0 3.6 3.4 4.0 3.8 4.4 4.2 4.8 4.6 5.2 5.0 5.6 5.4 6.0 5.8 III II I V IV 紊流的沿程损失 (1)尼古拉兹实验 (A)层流区 lg(100?) d/? 61 30 252 120 1014 504 lg(Re) 0.4 0.3 0.6 0.5 0.8 0.7 1.0 0.2 1.1 0.9 2.8 3.2 3.0 3.6 3.4 4.0 3.8 4.4 4.2 4.8 4.6 5.2 5.0 5.6 5.4 6.0 5.8 III II I V IV (B)流态过渡区 ( C)紊流光滑区 Re 1.0?105 情况 lg(100?) d/? 61 30 252 120 1014 504 lg(Re) 0.4 0.3 0.6 0.5 0.8 0.7 1.0 0.2 1.1 0.9 2.8 3.2 3.0 3.6 3.4 4.0 3.8 4.4 4.2 4.8 4.6 5.2 5.0 5.6 5.4 6.0 5.8 III II I V IV (D)紊流粗糙区(平方阻力区) (E)紊流过渡区 (see page74) 管流的沿程损失: 当量粗糙度概念: 通过将工业管道实验结果与人工砂粒粗糙管的结果比较, 把和工业管道的管径相同, 紊流粗糙区?值相等的人工粗糙管的砂粒粗糙度?定义为工业管道的当量粗糙度 工业管道紊流过渡区的?值 按工业管道紊流实验结果而绘制的?=f(Re,?/d)曲线图称为莫迪图 紊流过渡粗糙区(P74) 柯列勃洛克公式 明渠流的沿程损失 (1)谢才公式 V: 断面平均速度 R: 水力学半径 J: 水力坡度 C: 谢才系数 与达西公式相比: (2)曼宁公式 对于n0.02 R0.5m的管道和小渠道,曼宁公式适用性较好 例4-6 Q=0.02m3/s , d=0.2m, 水温为100C , 轴线处速度为um=1.2m/s, 管流属水力光滑 试求: 管壁切应力?0 解: 设 利用牛顿迭代法即 设初值x0=20,三次迭代后得x=25.93 例4-7 圆管紊流速度分布为 试证明: 混合长度表达式为 证明: 由于 故导得 例 新铸铁管d=100mm, 当量粗糙度 ?=0.35mm, 在长为L=100m输水管路上, hf=2m, 温度T=20 0C 求: 管道壁面的类型 解: 由公式有 故管壁属于粗糙过渡壁面 例 铁管d=200mm, 当量粗糙度 ?=0.2mm, 液体的运动粘度 ? =1.5?10-6 m2/s, 当Q=1 L/s 和 Q=40 L/s 时 求: 管道沿程损失系数 ?=? 解: (1)当Q=1L/s=10-3 m3/s 时 先假设流动属于水力光滑区 即流动属于紊流光滑管区, 利用以上公式是合理的 解: (2) 当 Q=40 L/s = 40?10-3 m3/s 时 利用柯列勃洛克公式 可利用牛顿迭代法求得 ?=0.0211 故流动属于紊流过渡区 例4-9 新铸铁水管, 长L=100m, d=0.25m, 水温200C, 水流量为Q=0.05m3/s, 求沿程水头损失 hf 解: 查表得水的运动粘度 查表4-2, ?=0.3mm, ?/d=1.2?10-3 ,查莫迪图, ?=0.021, 故 (水柱) 看书P76例4—8 例4—10 例4--11 例 梯形渠道, 底宽b=6m, 水深 h=2m, 两岸坡度 为1:1,曼宁粗糙系数n=0.017, 若水流在阻力平方区, 水力坡度J=0.0002 求: 渠道的流量 h ? ? b 解: 过水断面面积(m=ctg?=1) 湿周 (1)按曼宁公式计算 h ? ? b (2)按巴氏公式计算 ? d1 1 1 2 2 L V2 V1 d2 z2 z1 0 0 流动的局部损失 (1)突扩圆管的局部损失分析 动量方程 利用 z1-z2=Lcos? Q=A2V2 代入上式 有 *