第四章__水头损失计算.ppt

例题：水从水箱流入一直径不同的管道，管道连接情况如图所示，已知 习题 4-15 三、总水头线和测压管水头线的绘制 （一）根据各管段的流量，计算相应的流速、沿程水头损失和局部水头损失； （二）自管道的进口到出口，算出每一管段两端的总水头值，并绘出总水头线。 （三）总水头线减去相应流速水头，即可得测压管水头，并绘制测压管水头线。 水头线绘制方法 水头线绘制方法 1.绘制局部水头损失时，假设局部水头损失集中发生在局部边界突变的断面上，这该断面有局部水头损失和沿程水头损失； 2.在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行； 3.测压管水头线可以上升可以下降，但总水头线只能下降。 （二）绘制水头线应注意的问题 通过有压管道恒定流动的水力计算，容易确定沿程压强的分布，得到测压管水头线。测压管水头线低于管轴线，为负压。工程中有时需要避免压力的低值，为此找出管道中的压力最低点，检验其是否满足要求。如压力过低，可采取调整管道位置高程、降低流速等措施解决。 本章学习重点： 1.了解液体运动两种流态的特点，掌握流态的判别方法和雷诺数Re的物理意义。 2.掌握沿程水头损失系数λ在层流和紊流三个流区内的变化规律。 3.会应用达西公式计算沿程水头损失。 4.掌握谢才公式及曼宁公式，并会确定糙率n。 5.掌握局部水头损失计算。 （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 层流 层流区 过渡区 粗糙区 过渡粗糙区 光滑管 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 层流 层流区 过渡区 粗糙区 过渡粗糙区 光滑管 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