流体力学第五章 阻力损失.ppt

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1、第五章流动阻力和能量损失§5-1水头损失的工程意义及其两种形式§5-2雷诺试验一层流和紊流§5-3恒定均匀流基本方程§5-4沿程水头损失的通用公式§5-5圆管中的层流运动§5-6液体的紊流运动§5-7沿程阻力系数的变化规律§5-8沿程水头损失的经验公式(谢才公式)§5-9局部水头损失【思考题】【教学基本要求】【学习重点】教学基本要求1、理解水流阻力和水头损失产生的原因及分类，掌握水力半径的概念。2、了解均匀流水头损失的特点，掌握均匀流沿程水头损失计算的达西公式和沿程水头损失系数λ的表达形式。3、理解雷诺实验现象和液体流动两种流态的特点，掌握层流与紊流的判别方

2、法及雷诺数Re的物理含义，弄清楚判别明渠水流和管流临界雷诺数不同的原因。4、理解圆管均匀层流的流速分布，掌握沿程水头损失的计算及沿程水头损失系数的确定。5、了解紊流的成因和特征，了解紊流粘性底层和边界粗糙程度对水流运动的影响，理解紊流光滑区、粗糙区和过渡区的概念，了解紊流的流速分布规律。6、理解尼古拉兹实验中沿程水头损失系数λ的变化规律，掌握紊流3个流区沿程水头损失系数λ的确定方法，能应用达西公式计算紊流的沿程水头损失。7、了解当量粗糙度的概念，会运用Moody图查找λ的值。8、掌握计算沿程水头损失的经验公式——舍齐公式和曼宁公式，能正确选择糙率n。9、理解

3、局部水头损失产生的原因，能正确选择局部水头损失系数进行局部水头损失计算。学习重点1.层流与紊流流态及其判别标准，雷诺数的表示方法和物理意义，2.均匀流基本方程，圆管均匀流的流速分布规律，层流沿程阻力系数的确定，3.尼古拉兹实验及其确定紊流沿程阻力系数的方法，紊流沿程阻力系数的计算。4.局部阻力系数的确定。§5-1水头损失的工程意义及其两种形式一水头损失在工程上的意义水头损失的数值大小直接关系到动力设备容量的确定，因而关系到工程的可靠和经济性。如右图，水泵供水示意图。据供水要求，水泵将水池中水从断面１－１提升到断面２－２。静场高：断面１和２的高程差Ｈ。场程Ｈ：

4、静场高加水头损失。即：（5.1）当水泵提供的Ｈ为定值时，若增大则Ｈ减小，因而不能满足生产需要：则需Ｈ一定，则需增大Ｈ，即增大动力设备容量，可见动力设备的容量，与管路系统的能量损失有关，所以只有正确计算水头损失，才能合理的选用动力设备。二水头损失的两种形式液体的粘滞性是液体能量损失的根本原因，据边界形状和大小是否沿程变化和主流是否脱离固体边界壁或形成漩涡，把水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失两大类。当固体边界的形状和大小沿程不变，液流在长直流段中的水头损失称为沿程水头损失。在产生沿程损失的流段中，流线彼此平行，主流不脱离边壁，也无漩涡发生，一般，在均匀流和

5、渐变流情况下产生的水头损失只有沿程损失。当固体边界的形状、大小或两者之一沿流程急剧变化所产生的水头损失称为局部水头损失（）。在局部损失发生的局部范围内，主流与边界往往分离并发生漩涡，如水流在管道突然收缩或流经阀门和突然扩大处。水流在全过程中，如有若干段直流段及边界有若干处突然改变，而各个局部损又不影响时，水流流经整个流程的水头损失是各沿程损失和各个局部损失的代和，即：（5.2）（水流损失叠加厚理）沿程水头损失和局部水头损失从本质上讲都是液体质点之间相互摩擦和碰撞，或者说，都是液流阻力做功消耗的机械能。产生沿程损失的阻力是内摩擦力，称这种阻力为沿程阻力。在产生

6、局部损失的地方，由于主流与边界分离和漩涡的存在，质点间的摩擦和撞加剧，因而引起的能量损失比同样长度而没有漩涡时的损失要大得多，称这种阻力为局部阻力。5.2液体运动的两种型态——层流与紊流一、雷诺试验5.2液体运动的两种型态——层流与紊流层流：液体质点作有条不紊的线状运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不混掺。5.2液体运动的两种型态——层流与紊流5.2液体运动的两种型态——层流与紊流紊流：液体质点在沿管轴方向运动过程中互相混掺。5.2液体运动的两种型态——层流与紊流BACDE：上临界流速：下临界流速5.2液体运动的两种型态——层流与紊流二、液流型态的判别

7、雷诺数：明渠流下临界雷诺数：500管流下临界雷诺数：2000雷诺数的物理意义：5.2液体运动的两种型态——层流与紊流s基准面总水头线s基准面总水头线理想流体总流的伯努利方程实际流体总流的伯努利方程水头损失=能量损失§5-3恒定均匀流基本方程一.水头损失产生的原因及分类内因:流体的粘性外因:固体边界的影响沿程水头损失:局部水头损失:总水头损失:水头损失的物理概念及其分类过水断面的水力要素:断面积,湿周,水力半径二.恒定均匀流的沿程水头损失切应力在边壁最大能量方程:水力坡度:s基准面总水头线量纲分析:沿程阻力的计算其他断面§5-4沿程水头损失的通用公式上节从理论

8、上导出了均匀流基本方程及沿程水头损失的表达式。其中无