1、 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 過程裝備與控制工程機(jī)械工程系機(jī)械工程系工程流體與粉工程流體與粉體力學(xué)基礎(chǔ)體力學(xué)基礎(chǔ)第第4章章 管內(nèi)流體流動(dòng)阻力和水管內(nèi)流體流動(dòng)阻力和水頭損失頭損失 Tianjin Institute of Urban Construction 本章將討論具有粘性的實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)，本章將討論具有粘性的實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)，分析形成阻力的原因和分類，以及流態(tài)的分析形成阻力的原因和分類，以及流態(tài)的變化，從而從理論上建立實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)的變化，從而從理論上建立實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)的微分方程微分方程 Tianjin Institute

2、 of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 【教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)】l1 1實(shí)際流體的兩種流動(dòng)型態(tài)的判別實(shí)際流體的兩種流動(dòng)型態(tài)的判別 ；l2 2實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程；實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程；l3 3圓管層流與紊流的流速分布；圓管層流與紊流的流速分布；l4 4沿程阻力系數(shù)及沿程水頭損失的計(jì)算沿程阻力系數(shù)及沿程水頭損失的計(jì)算; ;l5. 5. 局部水頭損失的計(jì)算局部水頭損失的計(jì)算 。u沿程損失與局部損失的特征，當(dāng)量粗糙度、當(dāng)量直徑沿程損失與局部損失的特征，當(dāng)量粗糙度、當(dāng)量直徑的概念，紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算的概念，紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算 Tianjin Insti

3、tute of Urban Construction Tianjin Institute of Urban Construction Tianjin Institute of Urban Construction Tianjin Institute of Urban Construction Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 水頭損失的概念及分類水頭損失的概念及分類一、水流阻力與水頭損失一、水流阻力與水頭損失1. 1. 水頭損失產(chǎn)生的原因：水頭損失產(chǎn)生的原因： 1 1）液體具有）液體具有粘滯性；（內(nèi)因

4、）粘滯性；（內(nèi)因） 2 2）由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生）由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（外因）相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（外因） dydu流速分布流速分布切應(yīng)力分布切應(yīng)力分布uy Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 液體經(jīng)過時(shí)的局部損失包括五段：液體經(jīng)過時(shí)的局部損失包括五段：進(jìn)口、突然放大、突然縮小、彎管和閘門。進(jìn)口、突然放大、突然縮小、彎管和閘門。 進(jìn)口進(jìn)口突然放大突然放大突然縮小突然縮小彎管彎管閘門閘門 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月1

5、2日星期六 流體力學(xué) 2 2、水頭損失的分類、水頭損失的分類沿程損失沿程損失h hf f沿程都有并隨沿程長(zhǎng)度而增加的能量損失，稱作沿程水頭損沿程都有并隨沿程長(zhǎng)度而增加的能量損失，稱作沿程水頭損失，常用失，常用hfhf表示。表示。hf 1hf 2hf 3hf 4 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué)流動(dòng)急劇調(diào)整產(chǎn)生的流動(dòng)阻力為流動(dòng)急劇調(diào)整產(chǎn)生的流動(dòng)阻力為局部阻力局部阻力；局部損失局部損失 jflhhh總的水頭損失為總的水頭損失為：進(jìn)口進(jìn)口突然放大突然放大 突然縮小突然縮小彎管彎管閘門閘門 Tianjin Institu

6、te of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué)1.1. 沿程水頭損失沿程水頭損失 2.2. 局部水頭損失局部水頭損失 gvdlhf22 22vdlpf 或或gvhj22 22vpj 或或！關(guān)鍵是各種流動(dòng)條件下無因次系數(shù)！關(guān)鍵是各種流動(dòng)條件下無因次系數(shù) 和和 的計(jì)算。的計(jì)算。 二二 、 能量損失的計(jì)算公式能量損失的計(jì)算公式 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 大量的實(shí)踐表明，沿程損失的規(guī)律與流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密大量的實(shí)踐表明，沿程損失的規(guī)律與流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)，雷諾（切相關(guān)，雷諾（R

7、eynoldsReynolds）通過大量實(shí)驗(yàn)研究后，發(fā)現(xiàn)）通過大量實(shí)驗(yàn)研究后，發(fā)現(xiàn)實(shí) 際 流 體 運(yùn) 動(dòng) 存 在 著 兩 種 不 同 的 狀 態(tài) ， 即 層 流實(shí) 際 流 體 運(yùn) 動(dòng) 存 在 著 兩 種 不 同 的 狀 態(tài) ， 即 層 流（laminar flowlaminar flow）和紊（湍）流（）和紊（湍）流（Turbulent flowTurbulent flow）兩）兩種流動(dòng)類型。兩種流動(dòng)類型中沿程損失規(guī)律大不相同。種流動(dòng)類型。兩種流動(dòng)類型中沿程損失規(guī)律大不相同。下面來介紹雷諾是如何發(fā)現(xiàn)流體運(yùn)動(dòng)的這兩種流態(tài)的下面來介紹雷諾是如何發(fā)現(xiàn)流體運(yùn)動(dòng)的這兩種流態(tài)的。 第二節(jié)第二節(jié) 雷諾實(shí)驗(yàn)雷

8、諾實(shí)驗(yàn) 層流與紊流層流與紊流Osborne Reynolds (1842-1916) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué)一、層流與紊流一、層流與紊流( Laminar and Turbulent flow)( Laminar and Turbulent flow)各液層之間毫不相混，這種各液層之間毫不相混，這種分層有規(guī)律的流動(dòng)層流分層有規(guī)律的流動(dòng)層流層流（片流）：毛細(xì)血管中的血液流動(dòng)和流速很小的細(xì)直管層流（片流）：毛細(xì)血管中的血液流動(dòng)和流速很小的細(xì)直管道中的流動(dòng)道中的流動(dòng) Tianjin Institute of

9、Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué)運(yùn)動(dòng)軌跡極不規(guī)則，各部分運(yùn)動(dòng)軌跡極不規(guī)則，各部分流體劇烈摻混紊（湍）流流體劇烈摻混紊（湍）流輸油管道、天然河道、大氣環(huán)流、洋流、動(dòng)脈中血液的流動(dòng)輸油管道、天然河道、大氣環(huán)流、洋流、動(dòng)脈中血液的流動(dòng) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) OABDE：流速由：流速由小到大。小到大。EDCAO：流速由：流速由大到小。大到小。fh二、二、 與與V V 之間的關(guān)系之間的關(guān)系層流區(qū)層流區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)lgk1 Tianjin Institute o

10、f Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) （1） 在在OA段，段， ， 。 （2）在）在DE段，段， ，（3) ) 在在AD段，流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定，為過渡區(qū)。段，流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定，為過渡區(qū)。kVV 0 . 1Vhf011.m kVV0 . 275. 12m0 . 275. 1Vhf Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) VdRe雷諾數(shù)：雷諾數(shù)： 臨界雷諾數(shù)：臨界雷諾數(shù)：dVkkRe對(duì)于圓管：對(duì)于圓管：Re2000Re2000:Re2000kkv dvdvd層流：紊流三三. . 流態(tài)的判別

11、流態(tài)的判別雷諾數(shù)雷諾數(shù)(Reynolds number)(Reynolds number) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 【 例例4-1 】 已已知：知： ， ， 求：求：（1）判別流態(tài)）判別流態(tài); （2）求臨界速度）求臨界速度 解：解： （1） （紊流）（紊流） （2） md025. 0sm0 . 1sm261031. 1?k200019100Reddk2000smk105. 0 Tianjin Institute of Urban Construction例4-2水管徑d=100mm，流速v=0.5m/s

12、，水的運(yùn)動(dòng)粘度 ， 問管內(nèi)水的流態(tài)。如果管中是油，流速不變，運(yùn)動(dòng)粘度求管內(nèi)油的流態(tài)。解：水的雷諾數(shù)油的雷諾數(shù)：sm /1026水sm /103126油2000105101 . 05 . 0Re46水vd2000161010311 . 05 . 0Re6油vd水在管中呈紊流狀態(tài)油在管中呈層流狀態(tài) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 四、四、 紊流的成因紊流的成因 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 層流受擾動(dòng)后，當(dāng)粘性的穩(wěn)定作用起主導(dǎo)作用

13、時(shí)，擾動(dòng)層流受擾動(dòng)后，當(dāng)粘性的穩(wěn)定作用起主導(dǎo)作用時(shí)，擾動(dòng)就受到粘性的阻滯而衰減下來，層流就是穩(wěn)定的。當(dāng)擾動(dòng)占就受到粘性的阻滯而衰減下來，層流就是穩(wěn)定的。當(dāng)擾動(dòng)占上風(fēng)時(shí)，粘性的穩(wěn)定作用無法克服使擾動(dòng)衰減下來，于是擾上風(fēng)時(shí)，粘性的穩(wěn)定作用無法克服使擾動(dòng)衰減下來，于是擾動(dòng)便變?yōu)槲闪?。因此，流?dòng)呈現(xiàn)何流動(dòng)狀態(tài)，取決于動(dòng)便變?yōu)槲闪?。因此，流?dòng)呈現(xiàn)何流動(dòng)狀態(tài)，取決于擾動(dòng)的擾動(dòng)的慣性作用慣性作用和和粘性的穩(wěn)定作用粘性的穩(wěn)定作用相互斗爭(zhēng)的結(jié)果。相互斗爭(zhēng)的結(jié)果。為什么雷諾數(shù)可以作為判別流態(tài)的一般準(zhǔn)則為什么雷諾數(shù)可以作為判別流態(tài)的一般準(zhǔn)則? ? Tianjin Institute of Urban Constru

14、ction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 雷諾數(shù)反映了慣性力和粘滯力的對(duì)比關(guān)系。雷諾數(shù)反映了慣性力和粘滯力的對(duì)比關(guān)系。 ReLVL/vLL/vLL/vLdnduAL/vLT/LLam22322323粘粘滯滯力力慣慣性性力力粘粘滯滯力力慣慣性性力力 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 2211zpzphf 軸向力的平衡：軸向力的平衡： 0cos)(021 lAlApp 第三（四）節(jié)第三（四）節(jié) 圓管中的層流運(yùn)動(dòng)圓管中的層流運(yùn)動(dòng)一、均勻流動(dòng)方程式一、均勻流動(dòng)方程式尼古拉茲試驗(yàn)曲線尼古拉茲試驗(yàn)曲線圖圖3.18 Ti

15、anjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) RlAlhzzppf 002121 lhJf稱為水力坡度稱為水力坡度RJ 000rrRR 表明圓管均勻流中，切應(yīng)力與半徑成正比，在斷面上表明圓管均勻流中，切應(yīng)力與半徑成正比，在斷面上按直線規(guī)律分布，軸線上為零，在管壁上達(dá)最大值。按直線規(guī)律分布，軸線上為零，在管壁上達(dá)最大值。RlhJf 0 RJ 0 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 1 1、速度剖面、速度剖面drduJr2rdrJdu2顯然，斷面流速分布

16、是以管中心線為軸的旋轉(zhuǎn)拋物面。顯然，斷面流速分布是以管中心線為軸的旋轉(zhuǎn)拋物面。CrJu24)rr(Ju2204 邊界條件：邊界條件：r r = = r r0 0，u u = 0= 0。二、斷面流速分布特征二、斷面流速分布特征 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 2 2、斷面最大速度、斷面最大速度( (管軸上管軸上) )3 3、平均流速、平均流速maxu20max4rJu2202002032820dJrJrrdrurQr4 4、沿程損失及沿程阻力系數(shù)、沿程損失及沿程阻力系數(shù)gdldllJhf23222 Tianjin

17、 Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 5、動(dòng)能修正系數(shù)及動(dòng)量修正系數(shù)、動(dòng)能修正系數(shù)及動(dòng)量修正系數(shù)241882)(42032003220330rrJrdrrrJAdAurARe64 6、動(dòng)量修正系數(shù)、動(dòng)量修正系數(shù)33. 134220AdAuA Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 【例例4-2 】已知：已知： 求：求： 解：解： ，0347064.Re cmd20 cm/s12ml20 sm.2510130 ?hf 20001846101300201205

18、 .dRe ，m.g.gdlhf0255021200202003470222 流態(tài)為層流，故有流態(tài)為層流，故有， Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 紊流內(nèi)部有著許許多多尺度不同的渦旋。這些渦旋都在紊流內(nèi)部有著許許多多尺度不同的渦旋。這些渦旋都在圍繞著通過自身的某一軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還具有空間運(yùn)動(dòng)的隨圍繞著通過自身的某一軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還具有空間運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性。機(jī)性。 紊流的宏觀表現(xiàn)是各流層的流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混，流動(dòng)極紊流的宏觀表現(xiàn)是各流層的流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混，流動(dòng)極不規(guī)則，雜亂無章，即使在同一空間點(diǎn)上，流體質(zhì)點(diǎn)的速度、不規(guī)則

19、，雜亂無章，即使在同一空間點(diǎn)上，流體質(zhì)點(diǎn)的速度、壓強(qiáng)等物理量隨時(shí)間呈一種不規(guī)則的隨機(jī)變化特征，這種現(xiàn)壓強(qiáng)等物理量隨時(shí)間呈一種不規(guī)則的隨機(jī)變化特征，這種現(xiàn)象稱為象稱為脈動(dòng)或漲落（脈動(dòng)或漲落（fluctuation)fluctuation)現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 第五節(jié)第五節(jié) 圓管中的紊圓管中的紊( (湍湍) )流流 一、紊流運(yùn)動(dòng)的特征一、紊流運(yùn)動(dòng)的特征瞬時(shí)值、時(shí)均值、脈動(dòng)值瞬時(shí)值、時(shí)均值、脈動(dòng)值 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 由于脈動(dòng)的隨機(jī)性，由于脈動(dòng)的隨機(jī)性，統(tǒng)計(jì)平均法統(tǒng)計(jì)平均法是處理紊流流動(dòng)的基本是處理紊流流動(dòng)的基本

20、方法。統(tǒng)計(jì)平均法有時(shí)均法和體均法等。方法。統(tǒng)計(jì)平均法有時(shí)均法和體均法等。 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 速度分量速度分量 ux 的時(shí)均值：的時(shí)均值：dtuTuTxx 01 同理同理 ，有，有ppp 其中，其中，T為平均周期，比紊流的脈動(dòng)周期大得多，而比流為平均周期，比紊流的脈動(dòng)周期大得多，而比流動(dòng)的不恒定性的特征時(shí)間又小得多，隨具體情況而定。動(dòng)的不恒定性的特征時(shí)間又小得多，隨具體情況而定。xxxuuu 脈動(dòng)值脈動(dòng)值 ：xu 如果紊流流動(dòng)中各物理量的時(shí)均值不隨時(shí)間而變，僅如果紊流流動(dòng)中各物理量的時(shí)均值不隨時(shí)間而

21、變，僅僅是空間點(diǎn)的函數(shù)，可認(rèn)為僅是空間點(diǎn)的函數(shù)，可認(rèn)為時(shí)均流動(dòng)是恒定流動(dòng)時(shí)均流動(dòng)是恒定流動(dòng)。紊流的。紊流的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)總是總是非恒定非恒定的，而的，而平均運(yùn)動(dòng)平均運(yùn)動(dòng)可能是非恒定的，也可能是非恒定的，也可能是恒定的。但紊流從本質(zhì)上來說是非恒定的。可能是恒定的。但紊流從本質(zhì)上來說是非恒定的。 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 因時(shí)均流速的不同，各流層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，仍然存因時(shí)均流速的不同，各流層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，仍然存在著粘性切應(yīng)力在著粘性切應(yīng)力 。1、 粘性切應(yīng)力粘性切應(yīng)力dyudx 12 、慣性切應(yīng)力、慣性切應(yīng)力

22、 1 2 yxuu 2這就是因紊流橫向脈動(dòng)而產(chǎn)生的慣性切應(yīng)力。這就是因紊流橫向脈動(dòng)而產(chǎn)生的慣性切應(yīng)力。二、紊流阻力二、紊流阻力 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 因此紊流理論主要就是研究脈動(dòng)值脈動(dòng)值和平均值平均值之間的關(guān)系。宏觀上流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起慣性切應(yīng)力，這與分子微觀運(yùn)動(dòng)引起粘性切應(yīng)力十分相似。因此，Prandtl（1925）將流體質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng) 與分子運(yùn)動(dòng)相類比，提出了混合長(zhǎng)度的概念。 混合長(zhǎng)度混合長(zhǎng)度：假設(shè)在脈動(dòng)過程中，存在著一個(gè)與分子平均假設(shè)在脈動(dòng)過程中，存在著一個(gè)與分子平均自由路程相當(dāng)?shù)木嚯x。流體微團(tuán)在該距

23、離內(nèi)不會(huì)和其它微團(tuán)自由路程相當(dāng)?shù)木嚯x。流體微團(tuán)在該距離內(nèi)不會(huì)和其它微團(tuán)相碰撞相碰撞。 因此，該流體微團(tuán)保持原有的物理屬性，例如,保持動(dòng)量不變。只是在經(jīng)過這段距離后，才與周圍流體相混合，并取得與新位置原有流體相同的動(dòng)量?；旌祥L(zhǎng)度混合長(zhǎng)度（Mixing LengthMixing Length）理論理論 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 222)(dyudlx 式中式中 稱為混合長(zhǎng)度。于是湍流切應(yīng)力可寫成稱為混合長(zhǎng)度。于是湍流切應(yīng)力可寫成2221)(dyudldyudxx l由普朗特混合長(zhǎng)度理論，可以導(dǎo)出由普朗特混合長(zhǎng)

24、度理論，可以導(dǎo)出 注意：注意： uldyudl)dyud()dyud(l 22212 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 四、紊流的流速分布四、紊流的流速分布 eRd8 .32 三、紊流結(jié)構(gòu)三、紊流結(jié)構(gòu) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) )rr(Ju2204 紊流紊流um r0 y ux m 層 流 流 速 分 布 紊 流 流 速 分 布 r 0 Tianjin Institute of Urban Construction2022年

25、2月12日星期六 流體力學(xué) 第六節(jié)第六節(jié) 沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律一、沿程阻力系數(shù)的影響因素一、沿程阻力系數(shù)的影響因素)(RedKf， 絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度K K：粗糙凸起的高度：粗糙凸起的高度相對(duì)粗糙度：相對(duì)粗糙度：K/d K/d 或或 K/rK/r0 0，其倒數(shù)稱為相對(duì)光滑度，其倒數(shù)稱為相對(duì)光滑度二、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)二、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)不要走神，注意聽講吆！不要走神，注意聽講吆！ Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 為了分析和觀測(cè)為了分析和觀測(cè)ReRe和相對(duì)粗糙度對(duì)沿程阻力系數(shù)和相對(duì)粗糙度對(duì)沿程阻力

26、系數(shù) 的影響，共選取了六種不同的相對(duì)粗糙度。的影響，共選取了六種不同的相對(duì)粗糙度。fhgld22 1、人工均勻粗糙、人工均勻粗糙 將大小基本相同，形狀近似球體的砂粒用漆汁均勻而將大小基本相同，形狀近似球體的砂粒用漆汁均勻而稠密地粘附于管壁上，這種尼古拉茲使用的人工均勻粗糙稠密地粘附于管壁上，這種尼古拉茲使用的人工均勻粗糙叫叫尼古拉茲粗糙尼古拉茲粗糙。 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 101413012 2、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)結(jié)果：、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)結(jié)果： Tianjin Institute of Urban Constr

27、uction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 3 3、紊流阻力分區(qū)的解釋、紊流阻力分區(qū)的解釋紊流光滑區(qū)紊流過渡區(qū)紊流粗糙區(qū) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 光滑區(qū)光滑區(qū)：重合重合。粗糙區(qū)粗糙區(qū)：均與橫軸平行均與橫軸平行。因此可把尼古拉茲粗糙尼古拉茲粗糙作為度量的基本標(biāo)準(zhǔn)，把工業(yè)管道的不均勻粗糙折合為尼古拉茲粗糙。 當(dāng)量粗糙度當(dāng)量粗糙度：與工業(yè)管道與工業(yè)管道粗糙區(qū)粗糙區(qū)值相等值相等的的同直徑同直徑尼氏尼氏管道的糙粒高度管道的糙粒高度稱為該工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙度。四、工業(yè)管道四、工業(yè)管道的計(jì)算的計(jì)算 Tianji

28、n Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 過渡區(qū)過渡區(qū)的計(jì)算公式25068110.RedK. 2.阿里特蘇里公式：二者存在較大的差異二者存在較大的差異:工業(yè)管道在較小的Re下就偏離光滑曲線，且隨Re的增加平滑下降，而尼古拉茲曲線存在著上升的部分。因此，尼古拉茲的過渡區(qū)的實(shí)驗(yàn)資料對(duì)工業(yè)管道是完全不適用的 1.Colebrook(柯列勃洛克)公式Re51. 27 . 3lg21dKK：工業(yè)管道的當(dāng)量糙粒高度 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 莫迪圖（以柯氏

29、公式為基礎(chǔ)）莫迪圖（以柯氏公式為基礎(chǔ)） Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) l 層流區(qū)層流區(qū)l 紊流光滑區(qū)紊流光滑區(qū) 布拉休斯經(jīng)驗(yàn)公式：布拉休斯經(jīng)驗(yàn)公式： l 紊流過渡區(qū)紊流過渡區(qū) 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 l 紊流粗糙區(qū)紊流粗糙區(qū) 阿里特蘇里經(jīng)驗(yàn)公式：阿里特蘇里經(jīng)驗(yàn)公式： Re64 25031640.Re. （Re105 )250110.dk. 的經(jīng)驗(yàn)公式的經(jīng)驗(yàn)公式Re51. 27 . 3lg21dK25068110.Re. dK 2000 eR2813202000.eKd.R KdRKd.e.1000320281 Kd

30、Re1000 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 【例例4-3 】已知已知: ， ， ， 求：（求：（1）人工管道，）人工管道， （2）光滑銅管）光滑銅管 （3）工業(yè)管，）工業(yè)管， 分別求分別求 解：（解：（1） sm04. 1md1 . 0ml3004108Resm26103 . 1mmK15. 0mK4105 . 1?fh4108Red0015. 0dK； 查尼氏實(shí)驗(yàn)圖，得：查尼氏實(shí)驗(yàn)圖，得： 02. 0 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六

31、流體力學(xué) m.g.gdlhf312204110300020222 （2） 5410108 Re0188031640250.Re. m.gdl.hf1232018802 （3） 4108 Re00150.dK ， 查查Moody圖，得圖，得 ：0240. m.gdl.hf973202402 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 水力學(xué) 給排水工程計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式謝齊公式謝齊公式VCR J斷面平均流速斷面平均流速謝齊系數(shù)謝齊系數(shù)水力半徑水力半徑水力坡度水力坡度1.謝齊系數(shù)有量綱，量綱為謝齊系數(shù)有

32、量綱，量綱為L(zhǎng)1/2T-1，單位為單位為m1/2/s。2.謝齊公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)謝齊公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)(明渠和管流明渠和管流均可均可)。3.常用計(jì)算謝齊系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：常用計(jì)算謝齊系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：曼寧公式曼寧公式巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式161CRn11yCRn這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得，故只這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得，故只能能適用于阻力平方區(qū)的紊流適用于阻力平方區(qū)的紊流。8gC28gC或或n為粗糙系數(shù)，簡(jiǎn)為粗糙系數(shù)，簡(jiǎn)稱糙率。水力半徑稱糙率。水力半徑單位均采用米。單位均采用米。 Tianjin Institute of Urban C

33、onstruction2022年2月12日星期六 水力學(xué) 給排水第七節(jié)第七節(jié) 局部損失局部損失一、局部損失一般分析一、局部損失一般分析進(jìn)口進(jìn)口突然放大突然放大 突然縮小突然縮小彎管彎管閘門閘門Re)(f糙、糙、局部阻礙形狀、相對(duì)粗局部阻礙形狀、相對(duì)粗 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 二、突擴(kuò)圓管的局部損失分析二、突擴(kuò)圓管的局部損失分析斷面11與22之間的沿程損失很小，可忽略不計(jì)。根據(jù)伯努利方程gp

34、pzzgzpgzphm2)(222221212122222111 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 再對(duì)1、2兩斷面間全部流體應(yīng)用動(dòng)量方程(不計(jì)管壁摩擦阻力) )(cos1222221QlAApAp由于21coszzl22AQ ，gzzpp)()(1222121將上式代入 式，得ggghm222211222221)()( Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 這就是突擴(kuò)圓管流動(dòng)局部損失的理論公式。這就是突擴(kuò)圓管流動(dòng)局部損失的理論公式。亦

35、可表示為亦可表示為22111 AA ggAAhj22121121221 ggAAhj22122222212 或 21221 AA 管道出口的局部阻力系數(shù)管道出口的局部阻力系數(shù)01. 出出 021 AA特例！特例！ Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) 三、突縮管的局部損失三、突縮管的局部損失 12150AA. ghj2222 特例！特例！當(dāng)液體由大容器流入管道時(shí)當(dāng)液體由大容器流入管道時(shí), ,012 AA50. 進(jìn)進(jìn) Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期

36、六 流體力學(xué) 如何計(jì)算非圓形管道的沿程損失呢？如何計(jì)算非圓形管道的沿程損失呢？ 思路思路有兩個(gè)：一是直接對(duì)各種形狀非圓管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以期對(duì)有兩個(gè)：一是直接對(duì)各種形狀非圓管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以期對(duì)各種具體形狀的非圓管得到可用的各種具體形狀的非圓管得到可用的曲線或經(jīng)驗(yàn)公式。曲線或經(jīng)驗(yàn)公式。另一個(gè)思路是能否借用已有的圓管的結(jié)果，將非圓管類的計(jì)另一個(gè)思路是能否借用已有的圓管的結(jié)果，將非圓管類的計(jì)算問題算問題折合折合成對(duì)圓管的計(jì)算。成對(duì)圓管的計(jì)算。顯然，后一種思路具有可行性，而且簡(jiǎn)便。關(guān)鍵是如何將非顯然，后一種思路具有可行性，而且簡(jiǎn)便。關(guān)鍵是如何將非圓管計(jì)算問題折合成圓管的計(jì)算問題。這種圓管計(jì)算問題折合成圓管的計(jì)

37、算問題。這種“折合折合”方法方法事實(shí)上是由事實(shí)上是由水力半徑水力半徑出發(fā)，通過建立出發(fā)，通過建立當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑的概念來實(shí)的概念來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)的。補(bǔ)充：非圓管的沿程損失補(bǔ)充：非圓管的沿程損失 Tianjin Institute of Urban Construction2022年2月12日星期六 流體力學(xué) AR Rhf1 這里這里 是過流斷面積，是過流斷面積， 是濕周。是濕周。 和和 是過流斷面上影響沿程損失的兩個(gè)基本因素。是過流斷面上影響沿程損失的兩個(gè)基本因素。在紊流中，由于斷面上的流速變化主要集中在鄰近管壁在紊流中，由于斷面上的流速變化主要集中在鄰近管壁的流層內(nèi)，因此的流層內(nèi)，因此,沿程損失主要集中在這里，流體與固壁沿程損失主