1、4.14.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)4.24.2 圓管定常層流流動圓管定常層流流動4.34.3 湍流的基本特征及湍流應力湍流的基本特征及湍流應力4.44.4 圓管定常湍流流動圓管定常湍流流動4.54.5 局部水頭損失局部水頭損失4.64.6 有壓管流的水力計算有壓管流的水力計算4.74.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊4.84.8 孔口和管嘴出流孔口和管嘴出流第二部分第二部分 一元流動一元流動黏性流體微元流束的伯努利方程黏性流體微元流束的伯努利方程2222211221whgugpzgugpz2211dAgudAgugdQ連續(xù)性條件連續(xù)性條件微元流束微元流束 12 黏性摩擦引起

2、黏性摩擦引起能量損失能量損失1、流體流動的能量損失、流體流動的能量損失4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)z+p/g =C 在緩變流的有效截面上在緩變流的有效截面上 V平均速度平均速度 動能修正系數(shù)動能修正系數(shù)黏性流體總流的伯努利方程黏性流體總流的伯努利方程單位重量流體的能量關系式單位重量流體的能量關系式 ? ?wgQhgVgQgpzgQgVgQgpzgQ2)(2)(2222221111在總流的兩個緩變流有效截面上積分在總流的兩個緩變流有效截面上積分（一）不可壓縮、定常流動，質量力為重力（一）不可壓縮、定常流動，質量力為重力（二）選定基準面和

3、壓強度量標準（二）選定基準面和壓強度量標準 （三）在緩變流有效截面上同一點取壓強、位置值（三）在緩變流有效截面上同一點取壓強、位置值 （四）層流（四）層流 =2，湍流湍流 1，理想均勻流理想均勻流 =1whgVgpzgVgpz2222222211114.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)黏性流體總流的伯努利方程黏性流體總流的伯努利方程jfwhhh流體流動的能量損失流體流動的能量損失gVdlhf22沿程損失沿程損失+ +局部損失局部損失( (單位重量流體的能頭損失單位重量流體的能頭損失) ) 沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)定義定義沿程壓強損失沿程壓強損失 局部損失系數(shù)局部損失系數(shù)gVhj22（達

4、西公式（達西公式）whgVgpzgVgpz222222221111()ffppgzgh 4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)例例 水從水箱沿水從水箱沿l=2m，d=40 mm的鉛垂管道流入大氣，的鉛垂管道流入大氣， =0.02 ，不計局部阻力。求管道入口截面壓強，不計局部阻力。求管道入口截面壓強 pA與管內(nèi)與管內(nèi)流速流速V 、箱內(nèi)水位、箱內(nèi)水位 h 的關系式，且問：的關系式，且問：（1）pA等于大氣等于大氣壓強時壓強時 h為多少？（為多少？（2）h為何值流量與管長為何值流量與管長 l 無關？無關？2 22 2A AA A1 11 1黏性流與黏性流與無黏流的區(qū)別？無黏流的區(qū)別？V l h

5、 pA解解 222222221111fhgVpzgVpz1、2 兩斷面兩斷面 2222gVdlgVlh1、A 兩斷面兩斷面 22gVpllhA黏黏性總流的伯努利方程（性總流的伯努利方程（ =1 ，用，用表壓強）表壓強）例例題題2 21 1A AdllhgV1)(22dllhhpA1(1) pA = 0 時，時，h=d/ =2m；(2) h=d/ 時，時，流量與流量與l 無關。無關。l=2md=0.04m=0.02 )/1/11 (dlhlhpAV粘粘/V無粘無粘=6.3/8.94.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)一、層流和湍流一、層流和湍流二、臨界雷諾數(shù)二、臨界雷諾數(shù)2320ReVdc

6、雷諾試驗（雷諾試驗（18831883）臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)2、兩種流動狀態(tài)、兩種流動狀態(tài)4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)雷諾實驗雷諾實驗 層流管流層流管流 湍流管流湍流管流一、層流和湍流一、層流和湍流4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)2320ReVdc臨界雷諾數(shù)（直圓管）臨界雷諾數(shù)（直圓管）上臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù) ？ 下臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù)與擾動的幅度和頻率有關上臨界雷諾數(shù)與擾動的幅度和頻率有關4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)一、臨界雷諾數(shù)一、臨界雷諾數(shù)mfVh層流 m=1湍流 m=1.752.0能量損失與平均流速的關系能量損失與平均流速的關系

7、fhgVgpzgVgpz222222221111雷諾試驗裝置的能量損失雷諾試驗裝置的能量損失判別流態(tài)（層流，湍流）！判別流態(tài)（層流，湍流）！m=1.752m=14.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài) 例例 粘性系數(shù)粘性系數(shù) =4.4 10-6 m2/s的油和的油和 =1.13 106m2/s的水，的水， 分別通過直徑為分別通過直徑為d=100mm的管道。保持管中流態(tài)為層流的管道。保持管中流態(tài)為層流 的最大允許流速是多少？的最大允許流速是多少？油的最大允許流速油的最大允許流速Vdc 2320ResmV/102. 0 1 . 0/104 . 423206smV/026. 0 1 . 0/10

8、13. 123206水的最大允許流速水的最大允許流速臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)例例題題解：解：例例. =200 10-6 m2/s的油和的油和 =1.13 10-6 m2/s的水，分別以的水，分別以V=1 m/s的流速通過直徑的流速通過直徑d=300mm的管道。試判別流態(tài)。的管道。試判別流態(tài)。對于油對于油2320ReVdc對于水對于水cRe2655001013. 13 . 01Re6cRe1500102003 . 01Re6臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)層流層流湍流湍流例例題題解：解：能量損失能量損失=抵抗摩擦力做的功抵抗摩擦力做的功4.2 4.2 圓管定常層流流動圓管定常層流流動等直徑圓管定常層流等直徑圓管

9、定常層流 有效斷面上的速度分布和能量損失？有效斷面上的速度分布和能量損失？fh二、圓管層流切應力分布二、圓管層流切應力分布三、圓管層流速度三、圓管層流速度分布分布四、流量和平均流速四、流量和平均流速五、摩擦速度五、摩擦速度（2）能量損失與切應力的關系）能量損失與切應力的關系以管軸為中心的圓柱形流體以管軸為中心的圓柱形流體rl2軸向力的平衡方程軸向力的平衡方程 壓差壓差 切向力切向力 重力投影重力投影)(212ppr2sin0g r l 11222()()lgzpgzpr2rlpf4.2 圓管中的層流流動圓管中的層流流動21sinzzl1212()()fpphzzgg一、直圓管流動一、直圓管流動

10、能量損失能量損失（1）由伯努利方程表達能量損失）由伯努利方程表達能量損失V1 = V2， 1= 2沿程壓強損失沿程壓強損失ffphglprf20000rr二、圓管層流切應力分布二、圓管層流切應力分布管壁切應力管壁切應力 gffph2rlpf4.2 圓管中的層流流動圓管中的層流流動三、圓管層流速度分布三、圓管層流速度分布Crlpuf24)(4220rrlpuf積分積分由壁面由壁面u=0，r=r0drdu)(ruu 2rlpf?maxu層流速度分布層流速度分布4.2 圓管中的層流流動圓管中的層流流動四、流量和平均流速四、流量和平均流速哈根哈根-伯肅葉定律伯肅葉定律4128dlpQfRe64圓管層流

11、沿程阻力系數(shù)圓管層流沿程阻力系數(shù)平均流速和最大流速平均流速和最大流速2maxuV 圓管層流動能修正系數(shù)圓管層流動能修正系數(shù) =2圓管層流動量修正系數(shù)圓管層流動量修正系數(shù) =4/34.2 圓管中的層流流動圓管中的層流流動五、摩擦速度五、摩擦速度gVdlhf22/0*u8)(2*uV由達西公式得壁面切應力與平均速度關系由達西公式得壁面切應力與平均速度關系208V定義定義摩擦速度摩擦速度層、湍流管流均適用管壁切應力管壁切應力 04.2 圓管中的層流流動圓管中的層流流動例例. 設有油設有油 =2.15 10-4 m2/s，在水力坡度，在水力坡度hf /l= 0.025 條條件下流動。求輸送件下流動。求

12、輸送 22.5 l/s 的流量所需管徑。的流量所需管徑。解解. 假設可用層流流量公式計算假設可用層流流量公式計算校驗雷諾數(shù)校驗雷諾數(shù)7884Re2ddQVd4128dlpQfmlhgQdf0.1691284驗證了層流假設驗證了層流假設 ！ 管徑取為管徑取為0.169m或稍粗標準管或稍粗標準管（？）（？）例例題題兩種射流兩種射流層流層流湍流湍流4.3 湍流的基本特征及湍流應力湍流的基本特征及湍流應力一、湍流的特征一、湍流的特征湍流脈動現(xiàn)象與時均速度湍流脈動現(xiàn)象與時均速度轉捩：轉捩：層流失穩(wěn)層流失穩(wěn) 轉變?yōu)橥牧鬓D變?yōu)橥牧鲗恿飨蛲牧鞯倪^渡層流向湍流的過渡 TTudtTu01limuuu時均速度時均速

13、度湍流速度湍流速度=脈動速度脈動速度時均速度時均速度+熱線儀輸出信號熱線儀輸出信號4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)混合性混合性隨機性隨機性渦旋性渦旋性關于湍流相干結構關于湍流相干結構4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)湍流的基本特征湍流的基本特征vu 2221)( dyudldyud流體切應力流體切應力=粘性切應力粘性切應力+湍流湍流切應力切應力 l= y 普朗特混合長度普朗特混合長度湍湍流模型：流模型：湍流應力與時均速度梯度的關系湍流應力與時均速度梯度的關系二、湍流模型二、湍流模型 4.1 水頭損失及流動狀態(tài)水頭損失及流動狀態(tài)湍流切應力及混合長理論湍流切應力及混合長理論

14、4.4 圓管定常湍流流動圓管定常湍流流動一、一、 水力光滑管與水力粗糙管水力光滑管與水力粗糙管水力粗糙管水力粗糙管Re8 .32d水力光滑管水力光滑管二、二、 水力光滑管的速度分布和沿程損失系數(shù)水力光滑管的速度分布和沿程損失系數(shù)三、三、 尼古拉茲實驗與莫迪圖尼古拉茲實驗與莫迪圖湍流的速度分布湍流的速度分布 粘性底層厚度粘性底層厚度 絕對粗糙高度絕對粗糙高度圓管湍流切應力圓管湍流切應力為為常數(shù)常數(shù) 04.2 層流與湍流層流與湍流二、二、 水力光滑管的速度分布和沿程損失系數(shù)水力光滑管的速度分布和沿程損失系數(shù)對數(shù)律曲線，實驗確定對數(shù)律曲線，實驗確定 、C適用于壁面附近適用于壁面附近yu0*/uyuu

15、粘性底層粘性底層 (y )，粘性切應力為主，常數(shù)，粘性切應力為主，常數(shù) 0 yu或或Cuyuu*/ln1湍流區(qū)湍流區(qū) (y )，湍流切應力，湍流切應力為為主，常數(shù)主，常數(shù) 020)(dyduy220)(dydul l=y nryuu10max)(光滑管湍流冪次律光滑管湍流冪次律Re105，n=70*uyr粘性尺度粘性尺度4.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動1. 1. 水力光滑管的速度分布水力光滑管的速度分布Cyuln18 . 0)lg(Re21平均速度取決于湍流區(qū)速度分布平均速度取決于湍流區(qū)速度分布經(jīng)實驗修正得經(jīng)實驗修正得5 . 8ln5 . 2*yuu水力粗糙管水力粗糙管（與（與d/ 有

16、關）有關）74. 1)2lg(21d經(jīng)實驗修正得經(jīng)實驗修正得5 . 5/ln5 . 2*uyuu水力光滑管水力光滑管（與（與Re有關）有關）=（Re，/d）湍流沿程損失湍流沿程損失計算計算gVdlhf228)(2*uV2. 水力光滑管的的沿程損失系數(shù)水力光滑管的的沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)與沿程損失系數(shù)與V/u*的關系的關系4.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動41Re3164. 0布拉修斯公式布拉修斯公式)100log(尼古拉茲曲線尼古拉茲曲線85. 0)2( 4160Re80dd85. 0)2( 4160Redd80Re40002320Re4000Re2320三、三、 尼古拉茲實驗和莫迪圖

17、尼古拉茲實驗和莫迪圖41Re3164. 0log(Re)層流區(qū)層流區(qū)水力粗糙區(qū)水力粗糙區(qū)過渡粗糙區(qū)過渡粗糙區(qū)水力光滑區(qū)水力光滑區(qū)平方阻力區(qū)平方阻力區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)Re644.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動d/Re Vd 001. 0d510Re 022. 0莫迪圖莫迪圖4.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動例例1. 水力光滑管直徑水力光滑管直徑 d=0.2m，軸線上速度，軸線上速度um=1.2 m/s，水流溫度水流溫度 t=10 C。求管壁切應力。求管壁切應力 。解解.t=10C，=1.30610-6 m2/s由速度分布求由速度分布求u*可得可得 0 。設設 x=um / u* ，上式寫

18、為，上式寫為5 . 5/ln5 . 2*uyuu水力光滑管水力光滑管y=d/2, u=um07.34ln5 . 2xx例例題題y=0.1m時，um=1.2 m/s再設再設07.34ln5 . 2)(xxxf用牛頓迭代法求用牛頓迭代法求f(x)=0的解的解)()(000 xfxfxx選初值選初值 x0=20，迭代三次：，迭代三次： x = 25.8495, 25.9314, 25.9314smxuum/0463. 0*22*0/14. 2mNu x=um / u* 例例題題4.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動)()(0001xfxfxx牛頓迭代法牛頓迭代法x0 x1xy0 x20)( ?xf

19、xy = f (x)()(1000 xxxfxf)()(1112xfxfxx)(0 xf)(1xf)()(2223xfxfxx0)(3xfx34.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動有動力流動系統(tǒng)有動力流動系統(tǒng)泵功率計算泵功率計算whgVgpzEgVgpz222222221111E外界加給單位重量流體的機械能外界加給單位重量流體的機械能 gQ( ) ( ) gQwhgVVgppzzE22112221212)2(2112221212whgVVgppzzgQN 有效功率有效功率= =水泵功率水泵功率 效率效率例例題題例例2 . 設水平管道設水平管道l=1500m，d=100mm，用油泵輸送油，用油

20、泵輸送油 =146 10-6m2/s、 = 908 kg/m3，Q=15.7 l/s，求求油泵的輸油泵的輸出功率。出功率。解解可知可知smdQV/2420467. 0Re64油柱)(14322mgVdlhw油泵油泵功率功率kWgQhNw20 1370ReVd判斷流態(tài)判斷流態(tài)能量損失能量損失層流層流)2(2112221212whgVVgppzzgQN例例題題例例2 . 設水平管道設水平管道l=1500m，d=100mm，用油泵輸送油，用油泵輸送油 =146 10-6m2/s、 = 908 kg/m3，Q=15.7 l/s，求求油泵的輸油泵的輸出功率。出功率。解解. .例例3 . 布置流量布置流量

21、Q=1.06 m3 /s的水管，的水管，l=2438m，能頭損，能頭損失小于失小于63 . 53m水柱。當選用新鑄鐵管（水柱。當選用新鑄鐵管（ = 0. 3mm）時，管徑時，管徑d 為多少？為多少？( =1 . 0 10-6 m2/s)224 ,2dQVgVdlhw56. 3 5d流態(tài)未知流態(tài)未知, , 須假設初值再迭代須假設初值再迭代例例題題設設 =0.02查查 =0.0165，與假定不符需重復計算；，與假定不符需重復計算；d=0.59m， / d = 0.00051， Re=2.29 106用用 =0.0165再算再算查查 =0.0165，假設成立假設成立。V=4.2 m/s。根據(jù)根據(jù)d=

22、0.567m，按允許流速，按允許流速選用標準管徑。選用標準管徑。d=0.567m ， /d=0.00053，Re =2.4 106 HD12習題習題4-10（1）（2）（3）真空33pp3)2(2112221212whgVVgppzzgQN4.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動0000072000080015405.D.D HD12V11 12 22331340(1)2pVlhgdg233134(1)2appVlhggdg絕對2433/109 . 4mNpppa絕對真空真空33pp習題習題4-10gVDLH2)(2121（1）（2）V3332 24.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動186

23、m. 0DV34 42 2)(whzgQN/2)(2354321gV dllzgQNz)2(2112221212whgVVgppzzgQN（3）習題習題4-104.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動二、截面突然擴大的局部損失系數(shù)二、截面突然擴大的局部損失系數(shù)三、常用的局部損失系數(shù)三、常用的局部損失系數(shù)4.5 局部水頭損失局部水頭損失gVhj22一、局部損失產(chǎn)生的主要原因一、局部損失產(chǎn)生的主要原因分離、渦旋流分離、渦旋流二次流二次流二、截面突然擴大的局部損失系數(shù)二、截面突然擴大的局部損失系數(shù)（2）實驗證明環(huán)肩部可用）實驗證明環(huán)肩部可用 靜壓強分布式靜壓強分布式（1） 1（3）忽略管壁切應力）忽

24、略管壁切應力控制體控制體:有效斷面有效斷面1、2 間管段間管段聯(lián)立三方程求解。條件：聯(lián)立三方程求解。條件：自循環(huán)局部水頭損失實驗裝置圖自循環(huán)局部水頭損失實驗裝置圖 22jVhg2122) 1(AA2222jVhg2112jVhg2211)1 (AA第二次實驗第二次實驗2211221222jpVpVzzhgggg1、伯努利方程、伯努利方程( 1)221212122jppVVhzzgg4.5 局部水頭損失局部水頭損失2、連續(xù)性方程、連續(xù)性方程2211AVAV3、動量方程、動量方程圓環(huán)面上用靜壓分布圓環(huán)面上用靜壓分布1222112()ppV VVzzgg1222122221()()()pp Ag z

25、z AV A VV突然擴大管段的局部損失系數(shù)突然擴大管段的局部損失系數(shù)gVVgVVVhj2)(2221122gVVgVVgVVVhj2)(2)(2212221122代入連續(xù)性方程和動量方程導出的結果代入連續(xù)性方程和動量方程導出的結果gVAAgVVVhj2)1 (2)1 (2122121212gVAAgVVVhj2) 1(2) 1(2221222221或或整理得整理得2122) 1(AA2211)1 (AA突然擴大管段突然擴大管段局部損失系數(shù)局部損失系數(shù)與速度水頭一一對應！與速度水頭一一對應！gVhj224.5 局部水頭損失局部水頭損失三、常用的局部損失系數(shù)三、常用的局部損失系數(shù) （略）（略）4

26、.5 局部水頭損失局部水頭損失例例. 設設 =0.023， 入口入口=0.5， 彎頭彎頭=0.9， 閥閥=10.8。（1）H1=10m的流量的流量Q?（2）Q= 60l/s 的水頭的水頭H1？解解: 在在1、2列出包括損失的伯努利方程。列出包括損失的伯努利方程。例例題題1 gVdlHlH2)21 (22211閥彎入jfhhgVH20000221gVH22 .30221(1) H1=10m V2=2.55m/s, Q=45l/s伯努利方程伯努利方程(2) Q=60l/s V2=3.4m/s, H1=17.72m例例題題=0.023入=0.5彎=0.9閥=10.84.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流

27、流動動例例2 活塞活塞D=200mm在泵缸內(nèi)勻速上升。吸水管在泵缸內(nèi)勻速上升。吸水管l=15m、d=50mm、 =0.03、彎頭、彎頭 =0.5。h=2m時移動活塞的力時移動活塞的力F=2600N。不計活塞重量和缸壁間摩擦，求（。不計活塞重量和缸壁間摩擦，求（1）活塞上）活塞上升速度升速度U；（；（2）活塞可以上升的最大高度（水的飽和蒸）活塞可以上升的最大高度（水的飽和蒸氣壓氣壓0.043 巴）。巴）。HhUDd、l、 1 12 23 3 =1wahgVgphgp2222（1）取）取1、2緩變斷面緩變斷面gVdlhw2)2(2管進入彎224DFppa22)(DdVVU管gV25 .112管hU

28、Dd、l、 1 12 2例例題題其中其中mgV0022. 0222=0.03, =0.5, l=15m d=50mm, D=200mm h=2m, F=2600NwahhgppgV2222smVU/ 21. 02mhw432. 6得得連續(xù)性連續(xù)性4.4 圓管定常湍流流圓管定常湍流流動動wahgVgpHgp22222wahgVgppH2222mgV0022. 0222mhw432. 6mH44. 3（2）取）取1、3 緩變斷面，緩變斷面，H為水開始汽化的高度為水開始汽化的高度已知絕對壓強已知絕對壓強 p2= 0.043巴巴= 4300Pa，且且HUDd、l、 1 13 3得得例例題題4.4 圓管

29、定常湍流流圓管定常湍流流動動4.6 有壓管流的水力計算有壓管流的水力計算fjhgVh%522fjhgVh%522管道分類管道分類長管長管簡單管道簡單管道復雜管道復雜管道短管短管gVdlhf22（按長管計算）（按長管計算）一、一、 簡單管路簡單管路二、二、 并聯(lián)管路并聯(lián)管路3. 已知已知Q、l、 、hw，求，求d ；2. 已知已知d、l、 、hw，求，求Q；題目類型：題目類型： 校驗：校驗： 流態(tài)流態(tài) 允許管道流速允許管道流速 允許管道真空度允許管道真空度1. 1. 管道水力計算的主要任務管道水力計算的主要任務1已知已知d、l、 、Q，求，求hw ；4.6 有壓管流的水力計算有壓管流的水力計算d

30、lgHV2gVdlgVH2)(20000222. 大容器出流問題的計算大容器出流問題的計算（1）上游大液面和出流斷面列伯努利方程）上游大液面和出流斷面列伯努利方程 H自由出流（重力出流、虹吸管）（重力出流、虹吸管）（2）上游大液面和下游大液面列伯努利方程）上游大液面和下游大液面列伯努利方程 H 淹沒出流dlgHV2 H 虹吸管4.6 有壓管流的水力計算有壓管流的水力計算gVdlgVdl222222221111例例. 水塔的水經(jīng)并聯(lián)管流出，水塔的水經(jīng)并聯(lián)管流出，l1=300m , l2=400m， d1=150mm，d2=100mm，Q=45l/s。 = =0.025，忽略局部損失，忽略局部損失

31、，求求Q1、 Q2和和能頭能頭損失。損失。解解并聯(lián)管并聯(lián)管能頭損失相同能頭損失相同212VV 能頭損失)9.6m(221111水柱gVdlhf單位重量流體的能量單位重量流體的能量損失損失連續(xù)性條件連續(xù)性條件045. 0 182. 3 2121QQQQ解得解得1234.25 / , 10.75 /Ql sQl s4.6 有壓管流的水力計算有壓管流的水力計算二、并聯(lián)管路二、并聯(lián)管路? 1ghppg習題習題 3-2212)(1211VVQApFgVgpgphg2211X212221/ddVVgVgphg2220 0)/(1046. 9225211mNVghppg例例題題3.9 動量方程和動量矩方程動

32、量方程和動量矩方程P1FV2P2V1120 0例例題題12212112221)()()/121 ()(AAAghpAAAAAghpFgg)/(459, 4)/121 (22111mNAAApF一般用表壓強求一般用表壓強求結構受到的合力結構受到的合力3.9 動量方程和動量矩方程動量方程和動量矩方程4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊一、水擊波的傳播過程一、水擊波的傳播過程 p水擊壓強水擊壓強 c傳播速度傳播速度 (a) 0tL/c水的壓縮性水的壓縮性材料的彈性變形材料的彈性變形 (b) L/ct2L/c一、水擊波的傳播過程一、水擊波的傳播過程4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊 (c)

33、2L/ct3L/c一、水擊波的傳播過程一、水擊波的傳播過程4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊 (d) 3L/ct4L/c 4 4L L/ /c c 水擊波周期水擊波周期一、水擊波的傳播過程一、水擊波的傳播過程4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊 c 壓縮波 p V0 V=0 L c 膨脹波 p V0 V=0 L c 壓縮波 p V0 V=0 L c 膨脹波 p V0 V=0 L (a) 0tL/c (b) L/ct2L/c(c) 2L/ct3L/c (d) 3L/ct4L/c 4 4L L/ /c c水擊波周期水擊波周期水擊波的波形水擊波的波形4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊

34、二、水擊壓強二、水擊壓強 p與傳播速度與傳播速度c4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊)()()(00uuucAAAppAAp0cup密度變化是小量，當密度變化是小量，當u u = 0= 0動量方程動量方程）AAucAuc)()()(0連續(xù)方程連續(xù)方程)()()(0uuucppp代入得代入得水擊壓強水擊壓強4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊連續(xù)方程連續(xù)方程AAcu0）AAucAuc)()()(0同除同除 cAcA，略去高階小量，略去高階小量水擊波速度水擊波速度c c直徑相對變形與管壁應力的關系直徑相對變形與管壁應力的關系2pdddEsddAA2sEpdAA4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道

35、系統(tǒng)中的水擊流體體積彈性模量流體體積彈性模量 E E水擊波速度水擊波速度c cEp)1(1sEdEc得水擊波傳播速度得水擊波傳播速度)1(0sEdEpcu連續(xù)方程成為連續(xù)方程成為4.7 管道系統(tǒng)中的水擊管道系統(tǒng)中的水擊4.8 孔口和管嘴出流孔口和管嘴出流厚壁孔口厚壁孔口 l d/2（管嘴）（管嘴）薄壁孔口薄壁孔口 l d/2（孔口）（孔口）4.8 孔口和管嘴出流孔口和管嘴出流（1）孔口自由出流（2）孔口淹沒出流一、孔口出流上游水頭上游水頭上下游水頭差上下游水頭差4.8 孔口和管嘴出流孔口和管嘴出流二、管嘴自由出流4 管流流態(tài)實驗管流流態(tài)實驗5 局部水頭損失實驗局部水頭損失實驗6 孔口、管嘴實驗

36、孔口、管嘴實驗1 靜水壓強量測實驗靜水壓強量測實驗2 動量方程驗證實驗動量方程驗證實驗3 文丘里、孔板流量計率定實驗文丘里、孔板流量計率定實驗流體力學流體力學實驗（三次）實驗（三次）3選選22選選17 圓柱繞流表面壓強分布測量實驗圓柱繞流表面壓強分布測量實驗8 翼型表面壓強分布翼型表面壓強分布9 邊界層速度分布測量實驗 第第1 1次次第第2次次第第3次次3選選1流體力學流體力學實驗安排實驗安排實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容任選二1靜水壓強量測實驗靜水壓強量測實驗2動量方程驗證實驗動量方程驗證實驗3文丘里、孔板流量計率定實驗文丘里、孔板流量計率定實驗時間時間地點地點班級周次星期節(jié)次水工樓一樓大廳（水電學院樓西

37、頭，能源學院樓南面）555熱能工程熱能工程 09級級流體力學流體力學第一次實驗第一次實驗請與實驗室請與實驗室老師老師聯(lián)系具體聯(lián)系具體時間、地點和實驗指導書時間、地點和實驗指導書 電話：電話：87543938實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容任選二1靜水壓強量測實驗靜水壓強量測實驗2動量方程驗證實驗動量方程驗證實驗3文丘里、孔板流量計率定實驗文丘里、孔板流量計率定實驗時間時間地點地點班級周次星期節(jié)次水工樓一樓大廳（水電學院樓西頭，能源學院樓南面）6666熱能工程熱能工程 09級級流體力學流體力學第一次實驗第一次實驗請與實驗室請與實驗室老師老師聯(lián)系具體聯(lián)系具體時間、地點和實驗指導書時間、地點和實驗指導書 電話：電話

38、：87543938hKQ理21hhh)()(6543hhhhh對于文丘里流量計對于文丘里流量計 對于孔板流量計對于孔板流量計 文丘里（孔板）流量計實驗儀文丘里（孔板）流量計實驗儀 1212()()pphzzgg 測壓管液面高差測壓管液面高差第一次實驗第一次實驗動量方程實驗儀動量方程實驗儀 =135=135時時 力矩平衡方程力矩平衡方程 )135cos1 (QVF1FLGL第一次實驗第一次實驗實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容選二選二1管流流態(tài)實驗管流流態(tài)實驗2局部水頭損失實驗局部水頭損失實驗3孔口、管嘴實驗孔口、管嘴實驗 時間時間地點地點班級周次星期節(jié)次水工樓一樓大廳777環(huán)境工程環(huán)境工程 09 級級流體力學流

39、體力學第二次實驗第二次實驗請與實驗室請與實驗室安老師安老師聯(lián)系具體聯(lián)系具體時間、地點和實驗指導書時間、地點和實驗指導書 電話：電話：87543938實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容選二選二1管流流態(tài)實驗管流流態(tài)實驗2局部水頭損失實驗局部水頭損失實驗3孔口、管嘴實驗孔口、管嘴實驗 時間時間地點地點班級周次星期節(jié)次水工樓一樓大廳7777熱能工程熱能工程 09級級流體力學流體力學第二次實驗第二次實驗請與實驗室請與實驗室安老師安老師聯(lián)系具體聯(lián)系具體時間、地點和實驗指導書時間、地點和實驗指導書 電話：電話：87543938量測實驗四：局部水頭損失實驗量測實驗四：局部水頭損失實驗（可選）（可選） 實驗目的實驗目的 1、掌

40、握測定管道局部水頭損失系數(shù)的方法。掌握測定管道局部水頭損失系數(shù)的方法。 2、將管道局部水頭損失系數(shù)的實測值與理論將管道局部水頭損失系數(shù)的實測值與理論 值進行比較。值進行比較。 3、觀測管徑突然擴大時旋渦區(qū)測壓管水頭線觀測管徑突然擴大時旋渦區(qū)測壓管水頭線 的變化情況和水流情況，以及其他各種邊的變化情況和水流情況，以及其他各種邊 界突變情況下的測壓管水頭線的變化情況。界突變情況下的測壓管水頭線的變化情況。 第二次實驗第二次實驗自循環(huán)局部水頭損失實驗裝置圖自循環(huán)局部水頭損失實驗裝置圖 22jVhg2122) 1(AA2222jVhg2112jVhg2211)1 (AA第二次實驗第二次實驗量測實驗六：

41、孔口、管嘴實驗（可選）量測實驗六：孔口、管嘴實驗（可選） 實驗目的：實驗目的：測量孔口，管嘴的流量系數(shù)測量孔口，管嘴的流量系數(shù)用用4支測壓管演示管嘴軸向壓強變化支測壓管演示管嘴軸向壓強變化第二次實驗第二次實驗思考題思考題 1 1孔口的流速系數(shù)孔口的流速系數(shù)不可能大于不可能大于1.0，為什么？，為什么？ 2管嘴和孔口的截面積相同。管嘴的流量系數(shù)管嘴和孔口的截面積相同。管嘴的流量系數(shù) 大于的孔口的流量系數(shù)，為什么？大于的孔口的流量系數(shù)，為什么？孔口出流孔口出流管嘴出流管嘴出流第二次實驗第二次實驗量測實驗八：管流流態(tài)實驗（雷諾實驗）量測實驗八：管流流態(tài)實驗（雷諾實驗） 實驗目的實驗目的 測量管流的沿程水頭損失，繪制沿程水頭測量管流的沿程水頭損失，繪制沿程水頭損失與管流速度的對數(shù)曲線，并確定管流臨界損失與管流速度的對數(shù)曲線，并確定管流臨界雷諾數(shù)。雷諾數(shù)。2. 水的運動