流体力学_龙天渝_流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流

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1、实用第四章流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流一、学习引导1.流动阻力与水头损失的两种型式：流体通过的边界不同，产生的阻力不同，流动阻力分为沿程阻力与局部阻力。同样，克服这些阻力产生的能量损失也分为沿程水头损失与局部水头损失。1）流动阻力沿程阻力：流体边界几何形状沿程不变，均匀分布在流程上的阻力称沿程阻力局部阻力：流体边界发生突变，集中分布在突变处的阻力，如转弯、阀门、进出口、突扩。2）能量损失沿程水头损失：克服沿程阻力产生的能量损失，hf。局部水头损失：克服局部阻力产生的能量损失hj。2.流体的两种流动型态——层流和紊流1）层流与紊流层

2、流：流体质点有条不紊，互不混掺的流动。紊流：流体质点互相混掺的流动。2）层流与紊流的判别标准文档实用层流与紊流的判别标准为临界雷诺数。从层流到紊流时为上临界雷诺数，从紊流到层流时为下临界雷诺数。上临界雷诺数不稳定，通常取下临界雷诺数作为层流与紊流的判别标准圆管流：=2000Re>2000紊流Re<2000层流明渠流：=500Re>500紊流Re<500层流圆管流雷诺数：明渠流雷诺数：水力半径的计算：1.均匀流基本方程与沿程水头损失1）均匀流基本方程适用范围：在压管流动，明渠流动。圆管流中：有：恒定均匀流中，有压管流的过流断面上切应力成线性分布

3、，中心处最小，为零；边壁上最大，=2）沿程水头损失的计算公式文档实用达西公式：圆管流中：明渠流动：达西公式适用：有压管流、明渠流，层流、紊流1.圆管中的层流运动1）流速分布圆管中的层流运动流速分布为一个旋转抛物面：最大流速位于圆管中心：r=0，平均流速：2）动能修正系数与动量修正数动能修正系数：动量修正数：2.紊流运动的特征和紊流阻力1）紊流运动的特征紊流运动最大的特点是具有脉动性与时均性。紊流在脉动中产生流体微团之间的质量、动量、能量交换，从而形成紊流扩散、紊流摩阻，紊流热传导。若文档实用2）紊流阻力紊流在运动过程中，既有紊流层间的相对运动

4、（时均流速）引起的粘性切应力，又有脉动流速引起的脉动附加应力（雷诺应力）即：——粘性切应力。——雷诺应力其中：3）紊流流速分布因紊流的随机性极强，一般很难测出各时刻的脉动流速。紊流产生的惯性应力主要依靠一些半经验理论，目前广泛使用普朗特混合长度理论。圆管紊流中，不同位置处的流体流速分布不同，流层间的应力状态不同。圆管紊流中可分为粘性底层、过渡层、紊流核心区三个部分。①粘性底层（层流层）：紧贴固壁作层流运动的流层，其厚度。粘性底层较小，却极大地影响着紊流核心区的流动。粘性底层内流体速度成旋转抛物体分布。文档实用②过渡层：粘性底层与紊流核心之间的

5、流层，极不稳定。③紊流核心：完全作紊流运动，内部流动型态又分为：紊流光滑区：，也称水力光滑管紊流过渡区：紊流粗糙区：，也称水力粗糙管紊流核心区，流速成对数分布，满足下面两种分布公式：（a）（b）4）尼古拉兹实验尼古拉兹通过人工加糙管道实验，将流动分为五个区域。I区：层流区，Re<2000，II区：过渡区，20004000，，仍只与Re有关。Ⅳ区：紊流过渡区，Re>4000；；与Re、均有关Ⅴ区：紊流粗糙区，Re>4000；；与Re无关，这一区域也称阻力平方区，或自模区。文档实用1.工业管

6、道紊流阻力系数的计算公式1）、当量粗糙度：和工业管道相等的同直径d人工粗糙管的粗糙度称为当量粗糙高度。2）、尼古拉兹半经验公式：紊流光滑区：或适用于：Re=5×104~3×106紊流粗糙区：或适用于：Re>3）、过渡区：柯列勃洛克根据大量的实验资料，提出的计算公式：该公式实际为尼古拉兹公式的综合，也适用于三个区域。4）、Moody图：1944Moody在此基础上泛制了工业管道的计算曲线，暖通专业广泛使用Moody图，给排专业则使用舍维列夫公式。5）布拉修斯公式：光滑区适用条件：Re<105文档实用6）希弗井松公式：粗糙区7）舍维列夫公式舍维列

7、夫公式：新钢管：（Re<2.4×106d）新铸铁管：（Re<2.7×106d）旧铸铁、旧铜管：（过渡区）（粗糙区，10℃水温）8）谢才公式：；曼宁公式：巴甫洛夫斯基公式：y=2.5近似公式：R<1m,y=1.5适用：0.1m≤R≤3.0mR>1m,y=1.3适用：0.011≤n≤0.041.局部水头损失1）局部损失局部损失：克服局部阻力消耗的能量，2）局部损失产生的原因：文档实用①边界层与分离现象：边界突变，引起流线脱离原来的壁面，产生边界分离现象，形成漩涡点压区，并与主流不断进行质量、动量、能量的交换。②二次流动：形成两个方向流动（纵向流、

8、过流断面上的流动）叠力形成螺旋流。3）突然扩大的局部水头损失与局部阻力系数：，，其它管段的局部阻力数通过插表选取。二、难点分析工业管道紊流阻力系数的计算1）紊流光滑