流动阻力与能量损失.ppt

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1、流动阻力与能量损失流体力学封皮1MF2Hf0512000.ppt证明题大标题2做雷诺试验时为了提高沿程阻力hf的量测精度，改用如图所示的油水压差计量测断面1，2之间的沿程阻力系数，油水交界面的高差为△h`，设水的密度为ρw，油的密度为ρo。题目题目试证：3实验装置图题图题图4本题是应用等压面知识和能量方程式联立推求沿程阻力计算值。题意分析题意分析图中油水交界面为等压面，压差计中等水位处为等压面，标的p的两个面为等压面。5证明取如图所示的1、2断面列能量方程式：因为是圆管均匀流所以管中流速相等，而且流速水头也相等，又由于是水平放置，位置水头相等，所以得：解题步骤一解题步

2、骤一6解题步骤二解题步骤二由等压面原理：由上式得沿程水头损失公式为：7MF2Hf0513000.ppt简答题大标题8雷诺数Re和佛汝德数Fr的物理意义及力学意义。题目题目9答：雷诺数是指用来判断流态的一个无量纲的数，其物理意义可理解为水流的粘性力和惯性力之比。雷诺数可用公式表示如下：解题一解题步骤一圆管流明渠流平行固壁液流式中：10答：弗劳德数是表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，随着这个比值大小的不同，可以应用这个无量纲数判断水流的流态，其力学意义可理解为水流的惯性力和重力两种作用力的对比关系。弗劳德数可用公式表示如下：解题一续解题步骤一续式

3、中：11MF2Hf0513001.ppt计算题标题12一梯形断面田间排水沟，已知；底宽b=50cm，边坡系数m=1.5，水温T=20，水深h=40cm,流速v=10cm/s。（1）试判别其流态；（2）如果水深和水温保持不变，流速减小到多少时变为层流。题目题目13题意分析本题主要考查用下临界雷诺数进行流态判别，圆满管的下临界雷诺数Recr=vd/ν=2000，对于明渠流而言，其下临界雷诺数表示为Recr=vR/ν=500。对于同一种液体，在同一种流道中流动时，当流速不同时，液体可有两种不同型态的流动：层流和紊流。题意分析14解：1.求梯形断面的水力要素：A、χ、R。解题

4、步骤一解题步骤一15解题步骤二求雷诺数判断流态：解题步骤二此时管中水流流态为紊流。16要保持管中水流为层流，就是要求雷诺数为500时管中流速为多大，应用临界雷诺数公式反求流速：解题步骤三解题步骤三要保持管中水流为层流，管中流速要小于0.223cm2/s。17MF2Hf0521000.ppt证明题大标题18试以圆管均匀流为例，推导均匀流基本公式。题目题目19已知均匀流的特点：均匀流过流断面平均流速相等题意分析根据牛顿第二定律通用公式：可得均匀流水流方向牛顿第二定律表达式：题意分析20解：1.在管道流中任取一段总流来分析。2.已知总流与水平面夹角为α，过水断面积A该流段长

5、为l。3.令：P1，P2分别表示作用于断面1-1，2-2形心上动水压强。Z1，Z2分别表示该两断面形心距基准面高度。τ0为总流边界上平均切应力。χ为湿周。解题步骤一解题步骤一21受力分析图在均匀管流中取出的分析体受力分析22重力——作用于取出流段的重力为：解题步骤二对取出流段进行受力分析：动水压力——作用在断面1-1上的动水压力：作用在断面2-2上的动水压力：摩擦阻力——作用于流段边界总摩擦阻力：解题步骤二23解题步骤三写出沿水流方向上牛顿第二定律表达式：受力分析图解题步骤三24解题步骤三续上式两边同除以把第二步求得的各力表达式代入上式得：且三续25解题步骤四列1-1

6、，2-2断面的能量方程式：因为均匀流管径沿程不变，所以方程中只有沿程水头损失，而没有局部水头损失，所以：受力分析图且解题步骤四26解题步骤四续其中推出均匀流基本公式：同第三步结果比较得出：四续27MF2Hf0521001.ppt计算题大标题28有三种管道，其断面形状分别如图所示的圆形正方形和矩形，它们的过水断面积相等，水力坡度相等，沿程阻力系数相等，试求三者最大切应力之比，和三者的流量之比。题目题目29已知均匀流的基本公式:题意分析又知量纲公式：连续性方程：题意分析根据题意和均匀流基本公式，水力坡度相等，过水面积相等的断面边界所受的最大的切应力与其水力半径成正比；当沿

7、程阻力系数相等时，过水流量与其水力半径的平方根成正比。30解：根据面积相等，求直径和边长的关系，解题步骤一解题步骤一31解题步骤二根据均匀流切应力公式求切应力之比。解题步骤二因为水力坡度相等，所以三者的切应力之比就是三者水力半径之比。32解题步骤三根据公式可求得速度v的值，又因为流量等于速度和面积的积，而三者面积相等，所以流量的比就等于速度的比。解题步骤三33MF2Hf0531000.ppt证明题大标题34已知圆管层流流速分布。证明：（1）圆管层流动能修正系数为α=2；（2）圆管的动量修正系数。题目题目35圆管层流流速分布图如下。题图题图36（1）动