压力损失.ppt

4.不可压缩粘性流体一元流动 实际流体具有粘性，粘性的存在会使流体内部及流动壁面处产生粘性阻力，流体运动为了克服这部分阻力必然要使流动流体的部分机械能不可逆转地转化为热能，造成能量损失。这一能量损失就是实际流体伯努利方程中的hw。 这种能量损失也可以压力损失的形式（ρghw）来表示。 管内流动的能量损失（水头损失）hw一般可分为两部分：沿程阻力损失hf；局部阻力损失hj。 沿程阻力损失： 当流体沿管径不变的管道流动时，此时过流断面上的速度分布沿流程不变，粘性切应力也沿流程不变，管道沿程越长，能量损失越大。这种能量损失称为沿程阻力损失hf。沿程阻力损失可用下式计算： （4-1） 上式也称为达西（Darcy）公式。 λ称为沿程阻力损失系数，其与流 4.不可压缩粘性流体一元流动 体的流动状态有关。 局部阻力损失：当流动边界发生急剧变化（如流体流经弯管、管截面突然扩大或缩小、各种阀门、流量计等等）情况下，流线发生变形，产生旋涡，这也会造成部分机械能的损耗。这种由管路局部原因造成的能量损失（水头损失）称为局部阻力损失hj。局部损失可用下式计算： （4-2） 上式中ξ称为局部阻力损失系数。 ξ的大小一般由实验测的，不同不同形式的局部损失，其大小是不同的。具体计算时可查有关手册。 对于一个管路系统，一般都有若干管段及各种管件组成。故管路系统总的能量损失为： （4-3） 4.不可压缩粘性流体一元流动 研究阻力损失的目的：一是正确计算管路或液压系统中的流动阻力；二是找出减小流动阻力的途径。 以下将介绍不同流动情况下管路内压力损失的计算，为管路系统水力分析、设计、节能打下理论基础。 4.1流体的流动状态 流体流动的能量损失与流体的流动状态密切相关。因此在讨论流体流动能量损失之前必须对流体的流动状态进行分析。 4.1.1 雷诺实验 1883年英国物理学家雷诺通过实验证明流体流动存在两种不同的流动状态，确定了流态的判别极其与能量损失的关系。以下介绍一下雷诺的实验过程及结论。 4.不可压缩粘性流体一元流动 实验配置： 1：盛有无色水的大容器， 液位高保持不变。 2：透明等直径管。 3：盛有有色水的小容器。 4：阀门。 5、6：两个测压管。 实验过程： （1）打开阀门4，管内流速由小变大，当水以较低速度流过透明管。管中有色水近似呈直线状流动，说明管中水流的质点以一种有规则的、互不混杂的形式作分层流动。这种流动状态称为层流。 4.不可压缩粘性流体一元流动 （2）继续增大管内流速，在一定范围内，管内仍保持为层流。但到流速增大到一定值时，有色水开始波动。说明此时流体质点已出现横向运动。 （3）近一步增大流速，有色水破裂，完全混杂在周围的无色水中。说明此时流动质点呈现一种相互混杂的、无规则的流动。这种流动状态称为紊流。继续增大流速，管内流动将一直处于紊流。 4.不可压缩粘性流体一元流动 （4）由紊流状态，逐渐减小流速V，流动状态将由紊流又转换为层流。但实验发现：流动由紊流转换为层流时的临界速度与层流转换为紊流时的临界速度并不相同。前者称为下临界速度（紊流-层流）；后者称为上临界速度（层流-紊流）。 流动状态的判别： 前面实验表明：流体流动存在两种不同的流动状态：层流和紊流。当流速达到一定值时（临界速度），两种流态将会互相转换。 雷诺用不同的管径、不同的流体进行了实验，结果表明：流动状态实际与一个无量纲数，即雷诺数Re有关： （4-4） 即雷诺数Re才是判别流态的准则