第四章-流动阻力和能量损失ppt课件.ppt

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1、第四章流动阻力和能量损失§4.1沿程损失和局部损失一、流动阻力和能量损失的分类1.恒定均匀流中的沿程阻力和沿程水头损失沿程阻力（frictionaldrag）：当限制流动的固体边界使流体作均匀流动时，流动阻力只有沿程不变的切应力，该阻力称为沿程阻力。沿程损失（frictionalheadloss）：由沿程阻力作功而引起的水头损失称为沿程水头损失，又称为长度损失，用hf表示。§4.1沿程损失和局部损失一、流动阻力和能量损失的分类1.恒定均匀流中的沿程阻力和沿程水头损失说明：1）在均匀流情况下，两过水断面间

2、的沿程水头损失等于两过水断面间的测压管水头的差值，即液体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。2）总水头线坡度J沿程不变，总水头线是一倾斜的直线。§4.1沿程损失和局部损失一、流动阻力和能量损失的分类1.恒定均匀流中的沿程阻力和沿程水头损失问题：水在垂直管内由上向下流动，相距l的两断面间，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失hf，则：§4.1沿程损失和局部损失一、流动阻力和能量损失的分类2.不均匀流中的局部阻力和局部水头损失局部阻力（localresistance）：液流因固体边界急剧改变而引起速度分

3、布的变化，从而产生的阻力称为局部阻力。局部损失（localheadloss）：由局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失，用hm表示。3.两种水头损失的特点1）沿程水头损失hf：主要由于“摩擦阻力”所引起的，随流程的增加而增加。在较长的直管道和明渠中是以hf为主的流动。2）局部阻力水头损失hm：主要是因为固体边界形状突然改变，例“弯头”，“闸门”，“突然扩大”等。§4.1沿程损失和局部损失4．能量损失的叠加原理——沿程和局部阻力系数(无量纲)能量损失叠加原理：流段两截面间的能量损失为两截面间的所有沿

4、程损失和所有局部损失的总和。二、流动阻力和能量损失的分类沿程水头损失局部水头损失用水头损失表达（液体）用压强损失表达（气体）沿程损失局部损失§4.2层流与紊流、雷诺数一、两种流态1、雷诺实验排水进水层流状态过渡状态紊流状态Reynold(雷诺)1883小流量中流量大流量§4.2层流与紊流、雷诺数一、两种流态2、两种流态（1）层流(laminarflow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。其主要特点为：1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。2）粘性占

5、主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。3）能量损失与流速的一次方成正比。4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。§4.2层流与紊流、雷诺数一、两种流态2、两种流态（2）紊流（turbulentflow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。其主要特点为：1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。2）紊流受粘性和紊动的共同作用。3）水头损失与流速的1.75-2次方成正比。4）在流速较大且雷诺数较大时发生

6、。§4.2层流与紊流、雷诺数一、两种流态3、实验分析（1）两种临界流速上临界流速，即由层流状态变为紊流状态时的流速。下临界流速，下临界流速，由紊流状态变为层流状态时的流速。实验证明：由实验知：层流紊流流动可能是层流，也可能是紊流，过渡区。§4.2层流与紊流、雷诺数一、两种流态3、实验分析2）流动状态与水头损失的关系实验结果的数学表达式：层流即沿程水头损失与流速一次方成正比。紊流§4.2层流与紊流、雷诺数二、流态的判别准则－临界雷诺数1、临界雷诺数1）临界雷诺数的公式推导雷诺从他的一系列实验数据中发现：（

7、1）用不同流体在相同直径的管中进行实验，所测得的临界流速是不同的。（2）用同一流体在不同直径的管中进行实验，所测得的临界流速也是不同的。即：§4.2层流与紊流、雷诺数二、流态的判别准则－临界雷诺数1、临界雷诺数1）临界雷诺数的公式推导而雷诺数的物理意义为：水流的惯性力和粘滞阻力之比。惯性力：粘滞力：因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径（当为圆管流时）或水力半径（当为明渠流时）有关。而临界雷诺数为比例常数，对于圆管流为2300（2000），对于明渠流为575（500），应用起来非常方便。§4.2层流

8、与紊流、雷诺数二、流态的判别准则－临界雷诺数上临界雷诺数：2）两种临界雷诺数层流→紊流时的临界雷诺数，它易受外界干扰，数值不稳定。下临界雷诺数：紊流→层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准，它只取决于水流边界的形状，即水流的过水断面形状。1、临界雷诺数§4.2层流与紊流、雷诺数二、流态的判别准则－临界雷诺数2、流态判别准则由上边知：当时，为层流；当时，为紊流；当时，可能是层流，也可能是紊流，不稳定。1）圆管流由实验知：由于上临界雷诺数不易确定