流体力学第6章 流动阻力和水头损失.ppt

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1、第6章流动阻力和水头损失主要内容：流动阻力和水头损失分类流体运动的两种流态圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算紊流运动紊流的沿程水头损失绕流阻力及升力局部水头损失沿程损失与剪应力的关系粘滞性相对运动物理性质——固体边界——产生水流阻力损耗机械能hw6.1流动阻力及水头损失分类问题：实际液体和理想液体有什么区别？产生水流阻力及水头损失的原因：水头损失：单位重量的流体自某一过水断面流到另一过水断面所损失的机械能。水头损失的分类沿程水头损失hf某一流段的总水头损失：各分段的沿程水头损失的总和各种局部水头损失的总和局部水头损失hj（1）水头损失的分类沿程水头损失

2、hf：流动边界沿程不变或变化缓慢时，单位重量流体从一个断面流至另一个断面时的机械能损失，称为沿程水头损失。局部水头损失hj：当流体运动时，由于局部边界形状和大小的改变、或存在局部障碍，流体产生漩涡，使得流体在局部范围内产生了较大的能量损失，这种能量损失称作局部水头损失。沿程水头损失随沿程长度增加而增加。从流动分类的角度来说，沿程损失可以理解为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损失则可理解为急变流情况下的水头损失。理想液体流线实际液体流线流速分布流速分布无损失沿程损失沿程损失局部损失沿程损失常见的发生局部水头损失的情况在均匀流和渐变流段，因为沿程损失，导

3、致流体的总机械能逐渐下降，因此总水头线为斜直线。在急变流处，因为局部损失，导致流体的总机械能突然下降，因此总水头线有突变。实验研究发现，对圆管均匀流动，沿程水头损失与流速v，水力半径R，流体密度ρ，流体的动力粘度μ，以及壁面粗糙度等因素有关。在工程实际中，经常采用经验公式来计算水头损失。达西公式λ称为沿程阻力系数。运用达西公式计算不同流动情况下的水头损失时，关键就是如何确定λ。对有压圆管流动，水力半径为d/4，则有（2）均匀流沿程水头损失的计算公式达西公式是计算沿程水头损失的通用公式，适用于任何流动型态的流动。6.2流体运动的两种型态（流态）（1）雷诺实验

4、流速较小时：流速增大到一定程度后：流速继续增大到一定程度后：雷诺试验——揭示了水流运动具有两种流态。当流速较小时，各流层的流体质点是有条不紊地运动，互不掺混的，这种型态的流动叫做层流。当流速较大时，各流层的流体质点形成漩涡，在流动过程中，互相混掺，这种型态的流动叫做紊流（湍流）。紊流中流体质点的速度随时间无规则地随机变化。根据伯努利方程，对均匀流和渐变流，两过水断面的平均流速相等。因此，有可见：沿程损失即为两断面的测压管水头差。由层流转变为紊流时的流速称为上临界流速，用vc’表示。如果将紊流的流速慢慢降低，则当流速减小到一定值时，流动变成层流。流态转变点的

5、流速称为下临界流速，用vc表示。上临界流速和下临界流速一般是不同的，并且vc

6、动的层流和紊流的分界线，则能在应用上提供极大的方便。通过大量实验发现，这样一个判据是有可能找到的。比如，对于有压圆管流动，可以使用雷诺数作为判据。圆管直径平均流速流体运动粘性系数临界雷诺数：当流体流动的雷诺数小于临界雷诺数时，流动为层流。当流体流动的雷诺数大于临界雷诺数时，流动为紊流。则对有压管流，无论管的直径有多大，也不管管中液体是水还是空气，只要流动雷诺数大于2000，则为紊流，若流动雷诺数小于2000，则为层流。（2）流态的判别雷诺数表针运动流体质点所受的惯性力和粘性力的比值。对同类型的流动，临界雷诺数是常数。有压管流的临界雷诺数为2000或2300

7、对圆管非满流，明渠流，河道等有自由液面的无压流，同样存在两种型态，也同样用临界雷诺数来进行流态判别。只不过对这类无压流，雷诺数定义为水力半径平均流速液体运动粘性系数临界雷诺数：湿周是指过水断面上固体边界与液体接触部分的周长。对一般无压流，有湿周过水断面面积思考：如果用水利半径定义有压管流的雷诺数，则有压管流的临界雷诺数是多少？答案：Rec=500例6-1有一圆形水管，其直径d为100mm，管中水流的平均流速v为1.0m/s，水温为100C，试判别管中水流的型态。解：当水温为100C时查得水的运动粘滞系数v＝1.31*10-6m2/s，管中水流的雷诺数因此管

8、中水流为紊流。6.3沿程水头损失与剪应力的关系1122LαOOZ1