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工程流体力学 第四章 粘性流体流动阻力计算 主讲：杨 阳 （教授、博士） 汽车工程学院 第四章 粘性流体流动阻力计算 本章学习要求 中心内容：伯努利方程中水头损失hw （hf ）的计算。 学习要求：掌握两种流态和雷诺数概念，掌握了中流态特 性和流态判别方法，掌握圆管层流的运动规律，了解圆管 紊流特性、紊流速度分布。了解管路沿程阻力系数的变化 规律，掌握管路沿程阻力损失和局部阻力损失的计算方法， 了解边界层概念和边界层分离现象和绕流阻力。 学习难点：由于实际流动的复杂性，更多采用理论分析与 实验研究相结合的半经验公式，甚至完全采用试验结果。  流体运动与流动阻力的两种形式  粘性流体的均匀流动  流体流动的两种状态  流体在圆管中的层流运动  流体在圆管中的紊流运动  沿程阻力系数的确定  非圆形截面均匀紊流的阻力计算  边界层理论基础  粘性流体的不均匀流动  管路计算与水击现象 第4章 粘性流体的流动阻力计算 粘性流体流经固体壁面时，紧贴固体壁面的流体质点将粘附在壁面上，由 于流体质点间也有内摩擦力的作用，过水断面上的各点流速分布不同。 低速质点对高速质点产生牵制作用，形成粘性流体的流动阻力。流动阻力 的大小既和流体的流动状态有关，又和流体与固体壁面的作用情况有关。 为了克服流动阻力，流体在流动中必然要损失能量，产生阻力损失。单位 重量流体的能量损失称为比能损失。 4.1 流体运动与流动阻力的两种形式  4.1.1过水断面上影响流动阻力的主要因素 （1 ）过水断面的面积A； （2 ）过水断面的湿润周长X （湿周）。  当流量相同的流体和过水面积相等两个过水断面时，湿周长的过水 断面给予流体的阻力要大些；  当流量相同的流体经过湿周相等而面积不等的两个过水断面时，面 积小的过水断面给予流体的阻力要大些。  流动阻力与过水断面面积A的大小成反比，而与湿周X的大小成正比。  水力半径R：过水断面面积A与湿周X之比，即 A R X  水力半径R与流动阻力成反比，当同一运动流体经过水力半径R较小的 过水断面时，将受到较大的阻力；反之则受到较小的阻力。  充满圆管的流体运动中，过水断面水力半径 2 A r r R （r为圆管半径） X 2r 2  充满流体的正方形管，过水断面水力半径 2 R A a a （a为正方形边长） X 4 a 4  水力半径与一般圆截面的半径是完全不同的概念  4.1.2 流体运动与流动阻力的两种形式 1.均匀流动和沿程阻力损失  均匀流动：流体通过的过水断面面积大小、形状和流体流动方向不变 ，流体速度分布不变。  沿程阻力：均匀流动时流体所受的沿流程不变的摩擦力。  沿程阻力损失：为克服沿程阻力消耗的能量h 。 f 2.不均匀流动和局部阻力损失  不均匀流动：流体通过的过水断面的面积大小、形状和流体流动方向 发生急剧变化。则流体的流速分布也产生急剧变化。  局部阻力：流体在一个很短的流段内形成的阻力。  局部阻力损失：克服局部阻力而产生的能量损失h 。