沿程水头损失是否相等.PPT

v1 A1 A2 v2 1 1 2 2 * 第三节 恒定均匀流沿程水头损失与切应力的关系 均 匀 流 * 非 均 匀 流 均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可忽略不计，非均匀急变流时两种水头损失都有。 * 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，作用在该总流段上有下列各力。 一、动水压力 1-1断面 2-2断面 * 二、重力——重力: 三、摩擦阻力 因为均匀流没有加速度，所以 即 * 因断面1-1及2-2的流速水头相等，则能量方程为有 上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。 （二）圆管层流的切应力 τ ux （三）均匀层流中的切应力存在规律 h h-y 高速流层 低速流层 一 达西公式 第四节 沿程水头损失 尼库拉兹沿程阻力系数与雷诺数关系图 尼库拉兹为探讨紊流沿程阻力的计算公式，用不同粒径的人工砂粘贴在不同直径的管道的内壁上，用不同的流速进行一系列试验。 二 尼古拉兹试验 尼古拉兹实验曲线 尼库拉兹试验结果表明： 一）、当Re＜2300时，λ与Re的关系为直线Ⅰ，与相对光滑度无关。 二）、当2300＜Re＜4000时，过渡区，时而紊流，时而层流。 * 三）、当Re＞4000时，λ决定于 与 的关系： 1．当Re较小时， 较厚，可以淹没 ，管壁就是水力光滑管。 λ＝f(Re)，而与 无关。图中直线Ⅱ。 2．在直线Ⅱ与直线Ⅲ之间的区域为光滑管过渡到粗糙管的过渡区。 3．直线Ⅲ以右的区域，λ与 有关，而与Re无关，属粗糙管区。 1.圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数： （a）与雷诺数 有关； （b）与管壁相对粗糙 有关； （c）与 及 有关； （d）与 和 管长有关。 2.圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数，在紊流过渡区随雷诺数的增加： （a）增加；（b）减小； （c）不变；（d）不定。 思考 三 工业管道实验 四 沿程阻力系数的计算公式 层流的流速分布及其沿程阻力系数 * 2） 圆管层流 圆管中层流运动圆筒层表面的切应力可按牛顿 内摩擦定律来计算： 圆筒层表面切应力: 当r=r0时， 得流速分布公式 高速流层 低速流层 3）宽浅式明渠（槽） 若有两根管道水流做层流运动，其直径d，长度l，绝对粗糙度均相等，其中一根输油，一根输水，问：当两管中的流速相等时，其沿程水头损失是否相等？当两管中的雷诺数相等时，沿程水头损失是否相等？ * （2）紊流中的流速分布及其沿程阻力系数 紊流中紧靠固体边界附近地方，脉动流速很 小，由脉动流速产生的附加切应力也很小，而流速梯度却很大，所以粘滞切应力起主导作用，其流态基本属层流。 1）粘性底层 * 2）紊流流核区 紊流区 过渡区 粘性底层 管轴 y x 注意：光滑面或粗糙面不完全取决于边界面本身的光滑或粗糙，而是依据粘性底层厚度与绝对粗糙度两者的大小的对比来确定的。 紊流核区中同一固体 边界面的光滑、粗糙与流速没关系？ * 3）紊流的流速分布 紊流中由于液体质点相互混掺，互相碰撞，因而产生了液体内部各质点间的动量传递，造成断面流速分布的均匀化。 * 尼库拉兹管道流速分布公式： (1) 光滑管 (2) 粗糙管 * 目前管道中常用的紊流流速分布的表达式： 1.流速的分布的指数公式 当Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。 当Re105 ,n=1/8,1/9，1/10据具体情况而定。 2.流速的分布的对数公式 * 目前管道中常用的紊流流速分布的表达式： 1.流速的分布的指数公式 当Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。 当Re105 ,n=1/8,1/9，1/10据具体情况而定。 2.流速的分布的对数公式 * 4.经验公式 * 两个常用的计算谢才系数的公式： 一、满宁（Manning,1890）公式 二、巴甫洛夫斯基 式中n为粗糙系数，也称糙率，是表征边界表面影响水流阻力的各种