水力学与桥涵水文第四章.ppt

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4-5 圆管紊流沿程阻力系数 尼古拉兹断面流速分布公式 紊流断面流速分布 水力光滑区 水力粗糙区 范诺里公式(适用了宽明渠均匀流) (4-29) (4-30) (4-31) * 4-5 圆管紊流沿程阻力系数 尼古拉兹阻力系数入公式 水力光滑区 水力粗糙区 (4-32) (4-33) * 4-5 圆管紊流沿程阻力系数 尼古拉兹公式的应用说明 人工加糙与工业管道天然粗糙有区别 人工粗糙区实验成果公式不适用于工业管道 尼古拉兹的水力光滑区公式与△无关,可用于工业管道 尼古拉兹实验成果的实际意义在于提示了阻力系数的变化规律 * 4-2 液体运动的两种流动型态 层流与紊流判别标准——临界雷诺数Rek 圆管水流 实验得出 下临界雷诺数Rek=2320 有:Re< Rek=2320 层流; Re Rek=2320 紊流 (4-4) (4-5) * 4-2 液体运动的两种流动型态 非圆管水流雷诺数计算 研究临界流速时,采用了特征长度d,得出了临界雷诺数Rek的计算式,对于非圆管水流,常用另一特征长度计算雷诺数,即水力半径R 水力半径定义式——过水断面积A与湿周之比 湿周定义——液体与断面固体边壁接触的周界长度 非圆管雷诺数计算式 (4-6) * 4-2 液体运动的两种流动型态 (图4-3) * 4-2 液体运动的两种流动型态 湿周计算式(如图4-3) 矩形断面 无压圆涵管 有压方形断面 圆管 以圆管半径 r 作特征长度的临界雷诺数 非圆管或明渠水流临界雷诺数 梯形断面 有压圆管流 * 4-2 液体运动的两种流动型态 例4-1 有压管道直径d=100mm,流速v=lm/s,水温t=10℃,试判别水流的流态。 解: 属紊流 * 4-2 液体运动的两种流动型态 例4-2 矩形明渠,底宽b=2m,水深h=1m,渠中流速v=0.7m/s,水温t=15℃,试判别流态。 解: 属紊流 * 4-2 液体运动的两种流动型态 例4-3 有压管道直径d=20mm,流速v=8cm/s,水温t=15℃,试确定水流流动型态及水流型态转变时的临界流速与水温。 解: (层流) * 4-3 沿程水头损失计算公式 沿程水头损失与阻力关系理论分析 计算图式——图4-4 r0—管道半径,τ0 —边壁切应力, r —任取隔离体半径,τ—层间切力 (图4-4) * 4-3 沿程水头损失计算公式 沿程水头损失与阻力关系理论分析 流段隔离体外力 水压力 黏性力 重力 (均匀流断面) 见图4-4b * 4-3 沿程水头损失计算公式 沿程水头损失与阻力关系 理论分析方法——列1-1、2-2断面沿轴线的动量方程,有: 得: 求解τ0 方法——通过实验,找出与τ0 的相关因素,利用量纲分析法可建立τ0 关系式 (4-7) * 4-3 沿程水头损失计算公式 量纲分析方法原理简述 有关概念 量纲——物理量性质类别,又称因次。符号:〔〕 单位——度量各物理量数值大小的标准。如长1m的管道可用不同数值表示l00cm、3市尺或3.28英尺等,但其量纲只有一种,即长度量纲,符号〔L〕。 量纲种类 基本量纲——不能用其他基本量纲导出的独立量纲。 力学中常用的基本量纲有〔L〕、〔T〕、〔M〕 导出量纲——由基本量纲导出的量纲 * 4-3 沿程水头损失计算公式 面积 A=BL [A]=[L][L]=[L]2 速度     [v]=[L][T]-1 加速度    [a]=[L][T]-2 密度 [ρ]=[M][L]-3 力 F=ma [F]=[M][L][T]-2 切应力 [τ]=[M][L]-1[T]-2 动力黏度 [μ]=[M][L]-1[T]-1 * 4-3 沿程水头损失计算公式 量纲分析法要点 任一物理量x的量纲均可用基本量纲表示为 [ x ]=[ L ]α[ M ]β[ T ]γ 当α=β=γ=0时,x 称为无量纲量,即纯数,以[1]表示 当α=0,β≠0,γ=0 时,称有量纲数 量纲不能相加减,但可相乘除,由此可导出新的量纲 任何函数关系也可用积的形式表示。实验得出,τ0关系有 可表达为: 式中K-系数(无

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