《流体力学基础》ppt课件

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1、第一章流体力学基础第二节流动阻力和能量损失第二节流动阻力和能量损失能量损失一般有两种表示方法：流体阻力是造成能量损失的原因。产生阻力的内因是流体的粘性和惯性，外因是固体壁面对流体的阻滞作用和扰动作用。通常用单位重量流体的能量损失（或称水头损失）h1来表示，用液柱高度来量度；用液柱高度来量度；对于气体，则常用单位体积流体的能量损失（或称压力损失）H损来表示，用压力来量度。它们之间的关系为：H损=γh1一、能量损失的两种形式：能量损失分为两类：沿程损失和局部损失。㈠沿程阻力和沿程损失在边壁沿程不变的管段上，流速基本上是沿程不变的，流动阻力只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。克服沿程阻力引起

2、的能量损失，称为沿程损失，用hf（或Hf）表示。第二节流动阻力和能量损失㈡局部阻力和局部损失在边界急剧变化的区域，由于出现了漩涡区和速度分布的变化，流动阻力大大增加，形成比较集中的能量损失。这种阻力称为局部阻力，相应的能量损失称为局部损失，用hj（或Hj）表示。㈢能量损失的计算公式工程上常用的能量损失计算公式为：1．沿程水头损失：第二节流动阻力和能量损失一、能量损失的两种形式：整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和所有局部损失的总和，即：hL=Σhf+Σhj2．局部水头损失：写成压力损失的形式，则为：式中：L—管长[米]；d—管径[米]；V—断面平均流速[米/秒]；λ—沿程阻力系数（

3、无因次参数）；ζ—局部阻力系数（无因次参数）。第二节流动阻力和能量损失一、能量损失的两种形式：二、层流、紊流和雷诺实验实际流体运动存在着两种不同的状态，即层流和紊流。这两种流动状态的沿程损失规律大不相同。㈠雷诺实验第二节流动阻力和能量损失液体沿管轴方向流动时，流束之间或流体层与层之间彼此不相混杂，质点没有径向的运动，都保持各自的流线运动。这种流动状态，称为层流运动。管中流速再稍增加，或有其它外部干扰振动，则有色液体将破裂、混杂成为一种紊乱状态。这种运动状态，称为紊流运动第二节流动阻力和能量损失二、层流、紊流和雷诺实验雷诺和其它学者的大量实验数据证实，若这四个物理量写成无因次数：第二节流

4、动阻力和能量损失二、层流、紊流和雷诺实验则流动是紊流；则流动是层流。第二节流动阻力和能量损失二、层流、紊流和雷诺实验研究非圆形断面或在流体中运动的物体时，式中的d应以其相应的特征尺寸代替。能够综合反映断面水力特性的量是水力半径R；它被定义为其中A为有效断面面积（米2）。X称为湿周（米），指在有效断面A上，流体与固体边界的接触长度，下图为几种湿周的例子。第二节流动阻力和能量损失二、层流、紊流和雷诺实验对于圆形管道，其水力半径R为：R=1/4πd2/πd=d/4或写成：d=4R以d当表示，即d=4R=d当。在通风工程中，除圆断面管道外，常见的还有矩形断面管道，其相应的d当为：d当=4R=4

5、ab/2（a+b）=2ab/（a+b）第二节流动阻力和能量损失㈢流态分析层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的摩擦阻力；紊流则有大小不等的涡流动荡于各流层之间，除了粘性阻力，还存在着由于质点掺混、互相碰撞所造成的惯性阻力。因此，紊流阻力比层流阻力大得多。雷诺数之所以能判别流态，正是因为它反映了惯性力和粘性力的对比关系。因此，当管中流体流动的雷诺数小于2320时，其粘性起主导作用，层流稳定。当雷诺数大于2320时，在流动核心部分的惯性力克服了粘性力的阻滞而产生涡流，掺混现象出现，层流向紊流转化。二、层流、紊流和雷诺实验第二节流动阻力和能量损失三、单位摩阻R及沿程阻

6、力的计算每米长管道所具有的沿程摩擦阻力损失称为单位摩阻，以R表示。㈠圆管的沿程摩擦阻力：对于每米长的圆管，其单位摩阻为：R=λ/d·H动代入公式得：Hm=R·L圆管的单位摩阻R的数值可从附录中查找。第二节流动阻力和能量损失三、单位摩阻R及沿程阻力的计算㈡矩形直长管道的沿程摩擦阻力：求矩形管道中的摩擦阻力时，最方便的方法是利用当量直径来计算。在计算中，不必自行计算摩擦阻力系数λ，根据流速v和流速当量直径d当可直接求出单位摩阻R，上述数字均可通过查表取得。第二节流动阻力和能量损失四、局部阻力的计算㈠局部阻力的分类1．流向改变⒉流速改变方向第二节流动阻力和能量损失四、局部阻力的计算㈡、局部阻

7、力的计算1．突然扩大圆管的局部阻力计算：（1）流体断面1-1上的总压力。P1=p1F1P2=p2F2（2）流体漩涡区上的作用力。P0=p1（F2-F1）（3）流体段本身的重量。G=γF2L外力在水平方向的合力为：P=P1-P2+P0=p1F1-p2F2+p1（F2-F1）=（p1-p2）F2第二节流动阻力和能量损失四、局部阻力的计算㈡、局部阻力的计算1．突然扩大圆管的局部阻力计算：又根据伯努利方程式（若流体为空气时）：第二节流动阻力和能量损失四