第6 流体阻力和水头损失.pptxVIP

6.1 流动阻力和水头损失的分类流动阻力因流体的流动状态和流动边界条件而异。按流动边界情况的不同，对流动阻力(水头损失) 分类。6.1.1 水头损失的分类沿程水头损失：由沿程阻力引起的水头损失hf局部水头损失：由局部阻力引起的水头损失hj总水头损失：所有沿程水头损失和局部水头损失之和 气体管流的机械能损失用压强损失表示 6.1.2 水头损失的计算公式圆管沿程水头损失计算式达西－魏斯巴赫公式：式中 l 管长； d 管径； v 断面平均流速； g 重力加速度； ? 沿程摩阻系数（实验确定）该公式符合量纲和谐原理 局部水头损失按下式计算：式中? 局部阻力系数，由实验确定； v ?对应的断面平均流速。6.2 粘性流体的两种流态6.2.1 两种流态实际流动中，扰动难以避免，实用上把下临界流速vc做为流态转变的临界流速：v＜ vc流动是层流；v＞ vc流动是紊流。实验课中雷诺实验的操作图层流与紊流 层流（laminar flow）? 亦称片流，是指流体质点不互相混杂，流体质点作有条不紊的有序的直线运动。 ? rm/CENGLIU1.RM观看录像一rm/CENGLIU1.RM? rm/CENGLIU2.RM观看录像二rm/CENGLIU2.RM ? 特点： ? （1）有序性。 ? （2）水头损失与流速的一次方成正比。 ? （3）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 ? 层流遵循牛顿内摩擦定律，粘性抑制或约束质点作横向运动。 ? 紊流（turbulent flow)亦称湍流，是指随流速增大，流层逐渐不稳定，质点相互混掺，流体质点沿很不规则的路径运动。 ?rm/WENLIU1.RM观看录像一rm/WENLIU1.RM? rm/WENLIU2.RM观看录像二rm/WENLIU2.RM ? 特点： ? （1）无序性、随机性、有旋性、混合性。 ? （2）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。 ? （3）在流速较大且雷诺数较大时发生。 ? 紊流是工程实践中最常见的一种流动，紊流微团不仅有横向脉动，而且有相对于流体总运动的反向运动，紊流中质点运动要素具有随机性，流速的大小方向随机变化，没有两个流体质点可以沿着同样的、甚至相似的路径运动。紊流就是压力表指针不断摆动的原因。不同流态，沿程水头损失hf和流速v的关系：层流沿程水头损失与流速的1次方成比例，hf ∝v1.0紊流沿程水头损失与流速的1.75~2.0次方成比例，hf ∝v1.75~2.0可见流态不同，沿程阻力的变化规律不同，沿程水头损失的规律不同6.2.2 雷 诺 数1.圆管流雷诺数 临界雷诺数Rec =2300 用临界雷诺数作为流态判别标准先计算出管流的雷诺数雷诺数表征了流态决定性因素的对比，是判定流动处于层流还是紊流的参数，所有牛顿流体的临界雷诺数Rec=2300。将Re值与Rec=2300比较，可判别流态： Re＜ Rec则，流动是层流； Re＞ Rec则，流动是紊流； Re＝ Rec则，流动是临界流。非圆通道雷诺数水力半径：代替圆管雷诺数中直径的特征长度R水力半径； A过流断面面积； ? 过流断面上流体与固体壁面接触的周界，称为湿周。 矩形断面渠道： 圆管流： 以水力半径计算的临界雷诺数 6.3 沿程水头损失与切应力的关系6.3.1 均匀流动方程式压力、壁面切力、重力相平衡 均匀流动方程式rm/stshunshi.swf观看动画rm/stshunshi.swf 对层流紊流都适用，两种流态水头损失规律不同。? 所取流束表面的切应力；R’所取流束的水力半径；J’所取流束的水力坡度，与总流的相等，J’＝J。6.3.2 圆管过流断面上切应力分布 流束的均匀流动方程当 6.3.3 阻 力 速 度 定义 为阻力速度 上式是沿程摩阻系数与壁面切应力的关系式实验一 伯奴利方程试验对于粘性流体实验目的：1 观察能量转换，加深对伯奴利方程的理解 2 掌握一种测量流体速度的原理（皮托管）实验原理：粘流伯奴利方程及皮托管准备工作：开启水泵注满水、调节上水阀门使水箱水位始终保持不变，并有少量溢流。实验步骤：1 伯奴利方程验证： 用计量水箱（尺）和秒表测流量 2 测速 皮托管测速原理，6.4 圆管中的层流运动6.4.1 流动特征各流层间服从牛顿内摩擦定律由于y=r0-r，所以公式写为6.4.2 流速分布该式是过流断面上流速分布式，可以看出流速呈抛物线分布，这是圆管层流的重要特征。 当r=0时，可得管轴处最大流速 管中流量为上式称为：哈根-泊肃叶公式平均流速为 可以看出