水力学 第5章.ppt

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1、第五章管流2021/10/181§5-1沿程损失系数的实验曲线一.尼古拉兹人工粗糙管实验曲线：尼古拉兹进行了人工粗糙管的阻力实验。他用经过仔细筛分后，粒径为Δ的沙子粘贴在管壁上形成人工粗糙管。并对d/Δ=30、61、120、252、504和1014六种管道进行实验，得到λ-Re对数曲线，称为尼古拉兹实验曲线。21.实验成果分析：由λ-Re关系曲线，可将流动分成5个区：1）.层流区：ab之间的部分。32）.层流向紊流过渡的过渡区：bc之间的部分。3）.紊流水力光滑区：cd之间的部分。4）.过渡粗糙区：cd与ef之间的部

2、分。5）.紊流粗糙区(阻力平方区）：ef右边的部分。43.人工粗糙明渠实验：2.尼古拉兹实验的意义：1）.实验揭示了不同流区λ的影响因数，为提出λ的计算公式提供了依据，同时也表明λ的各种经验或半经验公式都有一定的适用范围。2）.为普朗特混和长度理论得出的u在过流断面上的分布规律提供了必要的实验数椐。查克斯达在人工粗糙的矩形明渠中所完成的实验，得到了与尼古拉兹实验曲线非常相似的实验曲线。5二.工业管道流区的划分及的计算公式：当量粗糙度：把和工业管道紊流粗糙区λ值相等的同直径人工粗糙管的粗糙度称为工业管道的当量粗糙度。

3、1.紊流流区的划分：③.过渡粗糙区：①.水力光滑区：②.紊流粗糙区：62.λ的计算公式：层流：水力光滑区：紊流粗糙区(阻力平方区)：7过渡粗糙区：柯列勃洛克公式适用于紊流的三个流区，故它又被称为紊流沿程损失系数的综合计算公式。83.莫迪图：9水管：d=0.2m,=0.2mm,求沿程损失系数。解：例1:(书上P154-155例5-1)10解：例2:(书上P154-155例5-3)11解：查表1—1，ν=1.31×10-6m2/s例3：新铸铁管道，=0.25mm，L=40m，d=0.075m，水温10℃，水流量Q

4、=0.00725m3/s，求hf1213作业：P188，第2题、P188，第4题。14一.局部损失产生的原因：多数形式的局部损失只能用实验方法测定。只有圆管突然扩大的局部水头损失可用半理论半经验的方法求得。§5-2局部水头损失的计算一般公式：在流动边界形状或尺寸突然变化的地方会产生大量的旋涡，消耗了一部分流体的机械能。15二.圆管突然扩大的局部损失：1.在1-1及2-2断面列伯努利方程，有：即：如图所示，L≈5d2。162.取1-1及2-2断面间的液体所占据的空间作为控制体，并建立坐标系(os轴），分析外力：1）.1

5、-1断面上的液体的动水压力：2）.1-1断面上管壁对液体的作用力：3）.2-2断面上的液体的动水压力：4）.重力在流动方向的分量：17代入前式得：或：即：在s方向列动量方程,有：18特例：在上式的推导中：①.没有考虑1-1及2-2断面间的沿程损失；②.p≈p1有偏差。故：管路淹没出流，出口处的局部损失，如图：19三.圆管断面突然缩小：20已知：d1=0.2m,L1=1.2m,d2=0.3m,L2=3m,h1=0.08m,h2=0.162m,h3=0.152m,Q=0.06m3/s求：解：例4:(书上P161例5-6)

6、2122例5：一消防水枪，如图1所示，用扬程为40m的高压泵喷水。已知水泵喷出口比吸水池水面高H=10m，吸水管和压水管的直径均为d1=150mm，总长度l=40m，沿程阻力系数λ=0.03，局部水头损失可忽略不计，求：流量和出口流速，并绘制水头线图。图1解：如图2，在1-1及2-2断面列伯努利方程(用相对压强)：图223图2即出口流速为：故流量为：水头线如图2所示。24例6：通过长L1=25m，直径d1=75mm的管道将水自水库引入水池中，然后又沿长L2=150m,d2=50mm的管道流入大气中(图1所示)。已知：

7、H=8m，闸门阻力系数，管道进口阻力系数，沿程阻力系数。试求流量Q和水面高差h；绘总水头线和测压管水头线。图1解：如图2所示，在1-1及2-2断面列伯努利方程(用相对压强)，有：图225图2又，在2-2及3-3断面列伯努利方程(用相对压强)，有：26（1）、（2）联立解得：27总水头线及测压管水头线示意如图2所示。图228*§5-3孔口出流和管嘴出流一.孔口出流：1.孔口自由出流：如图，对0—0和C—C断面列伯努利方程，有：孔口出流:孔口面积为A,射流喉部面积为Ac,Ac=εA,ε称为收缩系数。292.孔口淹没出流：

8、30管嘴面积为A，收缩断面c-c处存在一定的真空度。二.管嘴出流：如图为管嘴自由出流，出口处为大气压。31§5-4有压管流的水力计算一.有压管流的基本概念：有压管流：有压流体充满管道所有横断面的流动。短管：指管路的水头损失中，沿程损失和局部损失各占相当的比重，计算时都不可忽略的管路。长管：指管路的流速水头和局部水头损失的总和与沿程损失相比很小，