流動(dòng)阻力與水頭損失第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教學(xué)目的和要求掌握流體運(yùn)動(dòng)的兩種形態(tài)及其判別方法熟悉圓管中層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，紊流特征、紊流時(shí)均化概念熟悉沿程水頭損失的成因和阻力系數(shù)的變化規(guī)律掌握沿程水頭損失的計(jì)算方法熟悉局部水頭損失的成因和計(jì)算方法第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一重點(diǎn)兩種流態(tài)的特點(diǎn)、判別、雷諾數(shù)的物理意義沿程水頭損失系數(shù)的變化規(guī)律與計(jì)算達(dá)西公式謝才公式、曼寧公式、糙率n

局部水頭損失計(jì)算返回第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.1流動(dòng)阻力和水頭損失分類一.能量損失的工程意義及產(chǎn)生條件流體的粘滯性邊界的影響

第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.流動(dòng)阻力與水頭損失的兩種型式

沿程阻力τ和沿程水頭損失hf

局部阻力和局部水頭損失hj（或hm）總水頭損失hw=hf+hm返回第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.2實(shí)際流體流動(dòng)的兩種型態(tài)一.雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一步驟層流變紊流：Vcˊ（上臨界流速）紊流變層流：Vc且Vc<Vcˊ問(wèn)題：若顏色流體與運(yùn)動(dòng)流體的比重不同時(shí)，怎樣改進(jìn)？第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.層流和紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)臨界雷諾數(shù)：RecRe=Vd/v——慣性力/粘滯力圓管：Re=Vd/v，Rec=2300；對(duì)非圓管：Re=VR/v，Rec=575其中R為水力半徑，R=W/X。X為濕周——斷面上固體邊壁與流體相接觸的周長(zhǎng)。如圓管R=r/2.例。返回第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.3均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系----均勻流基本方程對(duì)1-1,2-2寫能量方程:通過(guò)力的平衡分析可得：整理后得到：(z1+p1/r)-(z2+p2/r)＝第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一可得：注意：1.適用于任何大小的流束。2.τ與R成正比，當(dāng)ω一定時(shí)，X越小，R越大，hf越小。

第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.4圓管中的層流流動(dòng)一、斷面上的切應(yīng)力分布在徑向上是線性分布管壁處，最大管軸處，最小，為0

長(zhǎng)直圓管中的層流流動(dòng)－－泊肅葉（Poiseuille）流動(dòng)

第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一返回為拋物線分布。二、斷面流速分布特征第12頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四.沿程損失的通用公式

－－達(dá)西—魏斯巴哈公式λ：沿程阻力系數(shù)注意：1.層流中，λ=f（Re）;

紊流中，λ=f（Re,△）

2.只適用于均勻流,在管路進(jìn)口附近無(wú)效。第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.5圓管中的紊流運(yùn)動(dòng)

一、紊流運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)及時(shí)均化脈動(dòng)瞬時(shí)值脈動(dòng)值時(shí)間平均值第14頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一注意：紊流是非恒定流時(shí)均值不能反映脈動(dòng)的影響。第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.紊流切應(yīng)力層流中切應(yīng)力由粘性引起紊流時(shí)切應(yīng)力的組成1.時(shí)均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的粘滯力

2.由脈動(dòng)產(chǎn)生的附加切應(yīng)力紊動(dòng)充分時(shí)，附加切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粘滯力第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三.圓管紊流流核與粘性底層粘性底層紊流區(qū)：包括過(guò)渡層和紊流流核區(qū)。第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四.流道壁面的類型水力光滑壁面δl>△水力粗糙壁面δl<△過(guò)渡粗糙壁面

第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

六.圓管紊流的流速分布粘性底層：直線分布紊流流核過(guò)流斷面：對(duì)數(shù)曲線分布第19頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一據(jù)實(shí)測(cè)，umax

發(fā)生管軸，且Re=2700，V=0.75umax；Re=106，V=0.85umax，Re=108，V=0.95umax。第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.6沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律及影響因素一.尼古拉茲試驗(yàn)根據(jù)量綱分析λ=f（Re,△/d)第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一以lgRe為橫坐標(biāo)，lg(100λ）為縱坐標(biāo)，以(△/d)為參數(shù)，得出實(shí)驗(yàn)曲線，如圖。第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第Ⅰ區(qū)：層流區(qū)，Re＜2300，λ=f（Re）=64/Re，λ與無(wú)關(guān)。第Ⅱ區(qū)：層流與紊流之間的過(guò)渡區(qū)，2300＜Re＜4000，λ與Re有關(guān)，與△/d無(wú)關(guān)。第Ⅲ區(qū):水力光滑區(qū)，Re>4000，λ=f（Re）=64/Re，λ與△/d無(wú)關(guān)。當(dāng)Re=3000-105用伯拉修斯公式當(dāng)Re=104-106用普朗特公式或尼古拉池公式第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第Ⅳ區(qū):水力光滑與水力粗糙的過(guò)渡區(qū)λ=f（Re，△/d）第Ⅴ區(qū):水力粗糙區(qū)：λ=f（△/d）實(shí)驗(yàn)的意義第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.實(shí)際管道的沿程損失工業(yè)管道λ規(guī)律：1.在水力光滑區(qū)，二者規(guī)律相同2.在粗糙區(qū)，λ有相同的變化規(guī)律，計(jì)算公式相同。當(dāng)量糙粒高度：通過(guò)管段的沿程水頭損失試驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人工砂粒加糙結(jié)果比較，具有相同沿程阻力系數(shù)值的人工砂粒粗糙度即可作為試驗(yàn)管的當(dāng)量粗糙度。3.第二過(guò)渡區(qū)，λ的變化規(guī)律有很大差別。人工管道λ隨Re增大而增大，工業(yè)管道則相反第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式1.紊流光滑區(qū)：尼古拉茲公式：布拉休斯公式：2.阻力平方區(qū)：3.過(guò)渡粗糙區(qū)：很復(fù)雜?？铝胁剪斂斯剑旱?6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四.明渠流的沿程損失謝才（Chezv）公式V=C

謝才系數(shù)用曼寧和巴氏公式確定。曼寧公式：C=

巴氏公式：C=返回第27頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月2