5液流形態(tài)與水頭損失

5.1水頭損失及其分類

5.2均勻流沿程水頭損失與水流阻力關(guān)系

5.3流動(dòng)的兩種型態(tài)與雷諾實(shí)驗(yàn)

5.4層流運(yùn)動(dòng)

5.5紊流運(yùn)動(dòng)

5.6紊流的沿程水頭損失

5.7局部水頭損失5.3液流運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)

5.3.1雷諾實(shí)驗(yàn)5.3.2液流流態(tài)的判斷5.3液流運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)

5.3.1雷諾實(shí)驗(yàn)5.3.2液流流態(tài)的判斷雷諾：O.OsborneReynolds(1842～1912)

英國力學(xué)家、物理學(xué)家和工程師，杰出實(shí)驗(yàn)科學(xué)家

1867年-劍橋大學(xué)王后學(xué)院畢業(yè)

1868年-曼徹斯特歐文學(xué)院工程學(xué)教授

1877年-皇家學(xué)會(huì)會(huì)員

1888年-獲皇家勛章

1905年-因健康原因退休雷諾興趣廣泛，一生著述很多，近70篇論文都有很深遠(yuǎn)的影響。論文內(nèi)容包括力學(xué)熱力學(xué)電學(xué)航空學(xué)蒸汽機(jī)特性等在流體力學(xué)方面最重要的貢獻(xiàn)：

1883年—發(fā)現(xiàn)液流兩種流態(tài)：層流和紊流，提出以雷諾數(shù)判別流態(tài)。

在流體力學(xué)方面最重要的貢獻(xiàn)：

1883年—發(fā)現(xiàn)流動(dòng)相似律對(duì)于幾何條件相似的流動(dòng)，即使其尺寸、速度、流體不同,只要雷諾數(shù)相同,

則流動(dòng)是動(dòng)力相似。

實(shí)際液體運(yùn)動(dòng)中存在兩種不同型態(tài)：層流和紊流不同型態(tài)的液流，水頭損失規(guī)律不同雷諾實(shí)驗(yàn)揭示出雷諾試驗(yàn)裝置顏色水hfl顏色水hfl打開下游閥門，保持水箱水位穩(wěn)定顏色水hfl再打開顏色水開關(guān)，則紅色水流入管道層流：紅色水液層有條不紊地運(yùn)動(dòng)，紅色水和管道中液體水相互不混摻（實(shí)驗(yàn)）顏色水hfl下游閥門再打開一點(diǎn)，管道中流速增大紅色水開始顫動(dòng)并彎曲，出現(xiàn)波形輪廓紅顏色水射出后，完全破裂，形成漩渦，擴(kuò)散至全管，使管中水流變成紅色水。這一現(xiàn)象表明：液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中會(huì)形成渦體，各渦體相互混摻。顏色水hfl下游閥門再打開一點(diǎn)，管中流速繼續(xù)增大顏色水hfl層流：流速較小時(shí)，各流層液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊運(yùn)動(dòng)，相互之間互不混雜。顏色水hfl紊流：當(dāng)流速較大時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過程中，互相混雜。（紊流實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)合觀察紅顏色水的流動(dòng)，量測(cè)兩測(cè)壓管中的高差以及相應(yīng)流量，建立水頭損失hf

和管中流速v的試驗(yàn)關(guān)系，并點(diǎn)匯于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上。顏色水hfl顏色水hfl試驗(yàn)按照兩種順序進(jìn)行:(1)流量增大（2）流量減小試驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。AC

、ED：直線段CDAlg

v’kB層流紊流EAB

、DE：直線段BDAlg

vk層流紊流EBDAlg

vkClg

v’k60.3~63.4°45°層流過渡

紊流EBDAvkCv’k45°層流過渡紊流在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，點(diǎn)匯水頭損失和流速的關(guān)系為：θ2＝60.3°～63.4°Elg

vklg

v’kBDALg

vkCLg

v’k層流過渡紊流θ2＝60.3°～63.4°層流θ1

=45°

m=1紊流θ2=60.3~63.4°

m=1.75~2.00θ1＝45°E層流θ1

=45°

m=1紊流θ2=60.3~63.4°

m=1.75~2.00可見，欲求出水頭損失，必須先判斷流態(tài)。

5.3液流運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)

實(shí)際液體運(yùn)動(dòng)中存在兩種不同型態(tài)：層流和紊流不同的型態(tài)的液流，水頭損失規(guī)律不同。5.3.1雷諾實(shí)驗(yàn)5.3液流運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)

5.3.1雷諾實(shí)驗(yàn)5.3.2液流流態(tài)的判斷雷諾發(fā)現(xiàn)，判斷層流和紊流的臨界流速與液體密度、動(dòng)力粘性系數(shù)、管徑關(guān)系密切，提出液流型態(tài)可用下列無量綱數(shù)判斷式中，Re為雷諾數(shù)，無量綱數(shù)。液流型態(tài)開始轉(zhuǎn)變時(shí)的雷諾數(shù)叫做臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù)BDALg

vk層流紊流下臨界流速ECDAB層流紊流上臨界流速Elg

v’kBDALg

vkC

lg

v’k層流過渡紊流θ2＝60.3°～63.4°θ1＝45°E大量試驗(yàn)證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)隨液流來流平靜程度、來流有無擾動(dòng)的情況而定。擾動(dòng)小的液流其可能大一些。

大量試驗(yàn)證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)：

將水箱中的水流充分?jǐn)噭?dòng)后再進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得上臨界雷諾數(shù)達(dá)約12000～20000大量試驗(yàn)證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)：

Ekman1910年進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前將水箱中液體靜止幾天后，測(cè)得上臨界雷諾數(shù)達(dá)50000。大量試驗(yàn)證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定因此，用下臨界雷諾數(shù)判斷流態(tài)，實(shí)驗(yàn)得到：

圓管Rek

＝2320明渠Rek

＝580Re

>Rek

＝2320紊流圓管dRe

<Rek

＝2320層流

Re>Rek

＝580紊流明渠bhm