管流损失和水力计算.ppt

《管流损失和水力计算.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章管流损失和水力计算§5.1不可压缩粘弹性流体的运动微分方程§5.2粘性流体的两种流动状态§5.3管道入口段中的流动§5.4圆管中流体的层流流动§5.5粘性流体的紊流流动§5.6沿程损失的实验研究§5.7非圆形管道沿程损失的计算§5.8局部损失§5.1.1粘性流体中的应力（简介）一、简单回顾流体平衡微分方程式：理想流体运动微分方程式：§5.1.1粘性流体中的应力（简介）实际流体与理想流体的区别在于存在着粘性力，因此，在推导粘性流体运动方程时要考虑粘性表面力二、粘性不可压缩流体运动微分方程式将微元体所受的惯性力、质量力表面力代

2、入牛顿第二定律，并化简，可得各轴线方向上加速度与质量力、表面力的关系表达式。可得不可压粘流的运动微分方程：N-S方程，纳维-斯托克斯方程。矢量表达：N-S方程与连续性方程联立，四个方程四个未知数u、v、w和p，方程为封闭的方程组。加上初始条件，边界条件，就可以解该方程。实际上N-S方程是非线性偏微分方程，很难求解。它的解有以下几种处理方法：精确解：N-S方程中的加速度是非线性项，这使得方程的求解非常困难。对于某些简单的流动，非线性项消失，N-S方程变为线性的方程，用解析的方法求出其解，这类解称为精确解。在文献中能查到的精确解至今

3、为止只有几十个，而且其中的大部分不能够直接应用到实际问题中去。近似解：小雷诺数Re情况，此时粘性力较惯性力大得多。可以全部或部分地忽略惯性力得到简化的线性方程。大雷诺数Re情况，若将粘性力全部略去，只在贴近物面很薄的一层“边界层”中考虑粘性的影响，且根据问题的特点，略去粘性力中的某些项，从而得到简化的边界层方程（仍是非线性的）。对于中等雷诺数Re的情况，惯性力和粘性力都必须保留，此时只能通过其它途径简化问题，或者利用数值计算方法求N-S方程的数值解。§5.2.1粘性流体的两种流动状态一、雷诺实验实验装置颜料水箱玻璃管细管阀门一、

4、雷诺实验(续)实验现象过渡状态紊流层流层流：整个流场呈一簇互相平行的流线。着色流束为一条明晰细小的直线。紊流：流体质点作复杂的无规则的运动。着色流束与周围流体相混，颜色扩散至整个玻璃管。过渡状态：流体质点的运动处于不稳定状态。着色流束开始振荡。§5.2.1粘性流体的两种流动状态二、两种流动状态的判定1、实验发现2、临界流速——下临界流速——上临界流速层流：不稳定流：紊流：流动较稳定流动不稳定§5.2.1粘性流体的两种流动状态二、两种流动状态的判定（续）3、临界雷诺数层流：不稳定流：紊流：——下临界雷诺数——上临界雷诺数工程上常用

5、的圆管临界雷诺数层流：紊流：雷诺数§5.2.1粘性流体的两种流动状态【例5-1】管道直径100mm，输送水的流量m3/s，水的运动黏度m2/s，求水在管中的流动状态？若输送m2/s的石油，保持前一种情况下的流速不变，流动又是什么状态？【解】（1）雷诺数（m/s）故水在管道中是紊流状态。（2）故油在管中是层流状态。思考：如果流管是方形的，如何确定其雷诺数非圆形管道沿程损失的计算与圆形管道相同之处:沿程损失计算公式雷诺数计算公式上面公式中的直径d需用当量直径D来代替。与圆形管道不同之处:水力半径：过流断面的面积与湿周的比值称为水力半

6、径。湿周：在过流断面上，流体与固体边界接触部分的周长称为湿周，用表示。当量直径：总过流断面面积的四倍与湿周之比。非圆形管道沿程损失的计算过流断面常见过流断面的湿周、水力半径和当量直径的计算式Eg.几种非圆形管道的当量直径计算1.充满流体的圆环形管道d2d12.充满流体的管束S1S1S2d非圆形管道沿程损失的计算§5.2.2管内流动的能量损失两大类流动能量损失:一、沿程能量损失发生在缓变流整个流程中的能量损失，由流体的粘滞力造成的损失。——单位重力流体的沿程能量损失——沿程损失系数——管道长度——管道内径——单位重力流体的动压头（

7、速度水头）。2.局部能量损失1.沿程能量损失§5.2.2管内流动的能量损失二、局部能量损失发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，即在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体中产生的旋涡等造成的损失。——单位重力流体的局部能量损失。——单位重力流体的动压头（速度水头）。——局部损失系数§5.2.2管内流动的能量损失三、总能量损失整个管道的能量损失是分段计算出的能量损失的叠加。——总能量损失。三、沿程损失与流动状态实验装置§5.2.2管内流动的能量损失三、沿程损失与流动状态(续)实验结果OhjvcrvDCBAv’cr结论

8、：沿程损失与流动状态有关，故计算各种流体通道的沿程损失，必须首先判别流体的流动状态。层流：紊流：§5.2.2管内流动的能量损失§5.4圆管中流体的层流流动以倾斜角为的圆截面直管道的不可压缩粘性流体的定常均匀层流流动为例。pp+(p/l)dlmgrr0x