水力学课件第五章.ppt

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1、第五章流动形态及水头损失流动阻力和水头损失的分类流动阻力内摩擦阻力：流体有粘滞性和横向流速梯度，产生摩擦阻力。压差阻力：局部地区固体边界的形状或大小有急剧改变，或有局部障碍，液流内部结构产生离解和漩涡，流线弯曲，流速分布改变，增加了液流的相对运动，产生压差阻力。摩擦阻力滞止离解压差阻力惯性离解压差阻力水头损失沿程水头损失hf：边壁无变化的均匀流中，水流产生的阻力为摩擦阻力，能量损失为沿程水头损失hf。沿程水头损失均匀分布在整个流段上，与流段的长度成比例，又称为长度损失。局部水头损失hm：边壁沿程急剧变化的非均匀流中，水流产生的阻力为摩擦阻力和压差阻力

2、，其产生的能量损失为局部水头损失hm。总水头损失：hw=hf+hm水头损失的叠加原理工程上为了便于计算，假定沿程水头损失和局部水头损失时单独发生作用的，互不影响，两者可以叠加。注意：(1)局部水头损失实际上是在一定长度内发生的，为了处理方便工程上把局部水头损失发生的地点认为是集中发生在边界突变的断面上。(2)把实际发生局部水头损失的流程中的沿程水头损失，看作是未受局部水头损失而单独发生的。(3)若两局部水头损失距离很近，用叠加法计算出的局部水头损失会偏大，应作为整体进行试验确定hj。(4)通常以流速水头的某一倍数表示水头损失。u1u2abcdhf

3、a-bhmbhmahfb-chmchfc-dv22/(2g)hw=hf+hmv12/(2g)水头损失的计算公式1.沿程水头损失：达西—魏斯巴赫公式式中：—沿程阻力系数(无量纲)—断面平均流速L—管道的长度d—管道的直径2.局部水头损失：—局部损失系数(无量纲)一般由实验测定实际液体流动的两种形态雷诺试验实验条件：1.液面高度恒定；2.水温恒定。层流：各层质点互不混掺紊流：各层质点相互混掺过渡阶段：流速达临界值层流：流体质点平稳地沿管轴线方向运动，而无横向运动，流体就象分层流动一样，这种流动状态称为层流。紊流：流体质点不仅有纵向运动，而且有横向运

4、动，处于杂乱无章的不规则运动状态，这种流动状态称为紊流。液体形态的判别：雷诺从一系列试验中发现：1）不同种类液体在相同直径的管中进行实验，所测得的临界速度是各不相同的；2）同种液体在不同直径的管中实验，所得的临界速度也不同。故判定临界速度是液体的物理性质(，)和管径(d)的函数。液体形态的判别：对圆管：雷诺数临界雷诺数（液流型态开始转变时的雷诺数）管流下临界雷诺数：Rec=2300管流上临界雷诺数：Rec=1200040000雷诺实验是在环境的干扰极小，实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次测量得到的。后人的大量实验很难重复得到雷诺数

5、的准确数值，通常在2000-2300之间。对明渠及天然河道：雷诺数临界雷诺数其中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。（1）矩形断面渠道水力半径：（2）圆管流水力半径：有一圆形输水管，直径d为2.0cm，管中水流的断面平均流速为1m/s，水温t=15℃，试判别管中水流的型态。当通过石油时，若其他条件相同，问流态是层流还是紊流？(t=15℃时，石油=0.6cm2/s,水=0.0114cm2/s)解：管中为石油时层流管中为水时紊流作业1、2均匀流沿程水头损失与切应力的关系沿程水头损失与切应力的关系在管道恒定均

6、匀流中，取总流流段1-1到2-2，各作用力处于平衡状态：F=0。OOz2z11122P1P200G作用于该总流流段上的外力有：①动水压力：P1=p1AP2=p2A②重力：G=V=AL，在流动方向上的投影Gx=ALsin③摩擦阻力：T=0A'=0LOOz2z11122P1P200Gx写出管轴方向的平衡方程：OOz2z11122P1P200GxOOz2z11122P1P200Gx恒定均匀流基本方程列1-2两断面间的伯努利方程与前式合并得对于同样的过水断面A，湿周最小的断面形状是圆形。工程上将水管做成圆形，渠

7、道做成与圆形接近的梯形，就是为了尽量减小沿程水头损失均匀流过水断面上切应力的分布00r0r00r0ryu圆管中的层流运动圆管均匀层流的断面流速分布圆管均匀层流的沿程水头损失达西-魏斯巴赫公式通用公式—层流紊流均适用哈根-泊肃叶公式例：利用管径d=75mm的管道输送重油，如图所示，已知重油的重度油=8.83KN/m3，运动粘性系数油=0.9cm2/s，管轴上装有毕托管，水银面高差hp=20mm，求重油每小时流量及每米长的沿程水头损失。假设重油的流动为层流：2、求沿程水头损失<2300层流应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm

8、，测量段长l=2m，实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值hp=30cm，油的密度