kAAA第四章 流动阻力和水头损失.ppt

§4-1 流动阻力和水头损失分类 沿程水头损失——在均匀流段（包括渐变流）中产生的流动阻力为沿程阻力（或摩擦阻力），由此引起的水头损失，与流程的长度成正比，用hf表示； 局部水头损失——在非均匀流段（流动边界急剧变化-急变流）中产生的流动阻力为局部阻力，由此引起的水头损失，取决于管配件的形式，用hj表示； §4-2雷 诺 试 验 揭示了沿程水头损失与流速的关系。当vvc时，hf～v1.0；当vvc时， hf～v1.75～2.0 。 发现了流体流动中存在两种性质不同的形态，即层流和紊流。 层流——流体呈层状流动，各层质点互不掺混； 紊流——流体质点的运动轨迹极不规则，各层质点相互掺混，且产生随机脉动。 非圆管流动流态的判别： 对于非圆形断面管道和明渠水流，则采用特征长度R（水力半径）表示。 ——过流断面上流体与固体接触的周界，简称湿周。 相应的临界雷诺数为 §4-3沿程水头损失与切应力的关系（均匀流基本方程） 各力之间的平衡式: 两断面的能量方程: 均匀流基本方程式 分析其意义，R意义 切应力分布: 紊流的切应力 紊流运动分解为两种流动的叠加： 时均运动 脉动运动 a、时均运动流层间产生的粘性切应力： 经　验　公　式 1.水力光滑区：布拉修斯公式（Ｒe100000) 3.舍维列夫公式: 紊流过渡区,v≤1.2m/s 粗糙区,v1.2m/s 4.谢才公式----流速与水力坡度、水力半径关系　 　 Ｃ——谢才系数； 　Ｒ——水力半径； 　Ｊ——水力坡度。 　（1）曼宁公式： 　ｎ——粗糙系数。　　　　　 例２：温度为20℃的水在ｄ＝５0cm的焊接钢管中流动，已知水力坡度Ｊ＝０.006，求Ｑ． 例３：用清洁的新熟铁管输送Ｑ＝０.25m3/s,的油,υ=0.093cm2/s,已知L=3000m,hf=23m,求管径d. 尼古拉兹实验 层流区 2.层流向紊流的过渡区 范围很小，实用意义不大； 4.紊流过渡区 5.紊流粗糙区（阻力平方区） 3.紊流光滑区 （2）λ变化规律——层流底层的变化 紊流光滑区 紊流过渡区 紊流粗糙区 2.紊流沿程损失系数（半经验公式） （1）紊流光滑区 尼古拉兹光滑区公式 采用此式求解较困难 （2）紊流粗糙区 尼古拉兹粗糙区公式 （3）紊流过渡区 a.工业管道 当量粗糙度ke——和工业管道粗糙区值相等的同直径的尼古拉兹粗糙管的粗糙度 常用工业管道的ke 0.3~3.0 混凝土管 0.12 涂沥青铸铁管 0.15 钢板制风管 0.046 钢管 0.15~0.5 新铸铁管 0.01 铅管、铜管、玻璃管 0.15 镀锌钢管 0~0.002 新氯乙烯管 ke(mm) 管道材料 ke(mm) 管道材料 b.柯列勃洛克公式 此式为尼古拉兹光滑区和粗糙区公式的叠加 c.莫迪图＿按柯氏公式计算 2.粗糙区：希弗林松公式 适用于旧钢管和旧铸铁管 适用范围： （2）补充巴浦洛夫斯基公式： 或 当 当 适用范围： 补充知识：非圆管断面的管道沿程损失： 其中， 非圆管中的流动 水力半径R χ——湿周 圆管的水力半径 边长分别为a和b的矩形断面水力半径 若为明渠流 圆环外径r1、内径r2 求：水力半径 （补充）例题1：给水管长30m，直径d=75mm，材料为新铸铁管，流量Q=7.25L/s，水温t=10℃，求该管段的沿程水头损失。 解： 水温t=10℃时，水的运动粘度υ=1.31×10-6m2/s 当量粗糙度ke=0.25mm，ke/d=0.003 由Re、ke/d查莫迪图，得λ=0.028 或由公式 　　　　　　　　　，得λ=0.028 例4: 有两根管道,L相等,d相等,ks相等,但一根输送粘度小的水，另一根输送粘度大的油. 1.如v相等,问两者的hf是否相当? 2.如两者的Re相等,问两者的hf是否相当? * * 水力坡度 称为水力坡度 水头线的斜率冠以负号 测压管坡度 称为测压管坡度 位置水头线一般为总流断面中心线。 测压管水头线可能在位置水头线以下，表示当地压强是负值。 恒定总流能量方程的几何表示——水头线总水头线为一条逐渐下降的直线或曲线 注意： L L L 流动阻力和损失的两种类型 雷诺试验——层流和紊流 均匀流基本方程 圆管中的层流运动 紊流运动 沿程阻力系数的变化规律 局部阻力及损失的计算 第四章 流动阻力和水头损失 一、水头损失 总水头损失=