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1、4．4。1局部损失得产生得原因及计算一、产生局部损失得原因产生局部损失得原因多种多样,而且十分复杂，因此很难概括全面。这里结合几种常见得管道来说明。（)(）图4、９局部损失得原因对于突然扩张得管道,由于流体从小管道突然进入大管道如图４、９()所示，而且由于流体惯性得作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而就是在拐角得尖点处离开了壁面，出现了一系列得旋涡.进一步随着流体流动截面面积得不断得扩张,直到2截面处流体充满了整个管截面。在拐角处由于流体微团相互之间得摩擦作用，使得一部分机械能不可逆得转换成热能，在流动过程中,不断地有微团被主流带走，同
2、时也有微团补充到拐角区，这种流体微团得不断补充与带走，必然产生撞击、摩擦与质量交换,从而消耗一部分机械能.另一方面，进入大管流体得流速必然重新分配，增加了流体得相对运动,并导致流体得进一步得摩擦与撞击.局部损失就发生在旋涡开始到消失得一段距离上。图4、9(）给出了弯曲管道得流动。由于管道弯曲,流线会发生弯曲,流体在受到向心力得作用下，管壁外侧得压力高于内侧得压力。在管壁得外侧,压强先增加而后减小，同时内侧得压强先减小后增加,这样流体在管内形成螺旋状得交替流动。综上所述,碰撞与旋涡就是产生局部损失得主要原因．当然在１—2之间也存在沿程损失，一般来说,局
3、部损失比沿程损失要大得多。在测量局部损失得实验中,实际上也包括了沿程损失。二、局部损失得计算如前所述,单位重量流体得局部能量损失以表示式中,—局部损失(阻力）系数,就是一个无量纲得系数，它得大小与局部障碍物得结构形式有关,由实验确定。—管中得平均速度(通常指局部损失之后得速度）．局部压强损失为式中,—流经局部障碍物前后得压强差（或总压差)。１、突然扩张管道得局部损失计算由于产生局部损失得情况多种多样以及其流动情况得复杂性,所以对于大多数情况局部损失只能通过实验来确定。只有极少数情况下得局部损失可以进行理论计算。对于突然扩大得情况,可以通过理论推导得到
4、局部损失得计算公式.流体在如图4、９（)所示得突然扩张得管道内流动,由于流体得碰撞、惯性与附面层得影响，在拐角区形成了旋涡,引起能量损失。由图可见,流体到2截面充满整个管道。取1—1与2－2截面以及侧表面为控制体,并设截面1处得面积为，参数为;截面2处得面积为,参数为，则根据柏努力方程，有于就是局部损失为对1—1与2—２截面运用连续方程,即对所取得控制面应用动量方程，考虑到1—1与2－2截面之间得距离比较短，通常可以不计侧表面上得表面力，于就是动量方程可写为将动量方程与连续方程代入得表达式得令,,则局部损失可写为(４、３5）式中，分别表示局部损失(阻
5、力)系数。式（4、3５)表明,用公式计算局部损失时，采用得速度可以就是损失前得也可以就是损失后得,但局部损失系数也不同。由式（4、3５)及局部损失系数得表达式可以瞧出,突然扩大得局部损失系数仅与管道得面积比有关而与雷诺数无关，实际上根据实验结果可知，在雷诺数不很大时,局部损失系数随着雷诺数得增大而减小,只有当雷诺数足够大（流动进入阻力平方区)后,局部损失系数才与雷诺数无关.下面给出得几种比较常见得局部损失系数得计算,且一般情况下，局部损失系数均指对应发生损失后得速度给出得。2、渐扩管流体流过逐渐扩张得管道时，由于管道截面积得逐渐扩大，使得流速沿流向减
6、小,压强增高，且由于粘性得影响,在靠近壁面处,由于流速小,以至于动量不足以克服逆压得倒推作用,因而在靠近壁面处出现倒流现象从而引起旋涡,产生能量损失。渐扩管得扩散角越大，旋涡产生得能量损失也越大,越小，要达到一定得面积比所需要得管道也越长,因而产生得摩擦损失也越大。所以存在着一个最佳得扩散角。在工程中,一般取，其能量损失最小。在左右损失最大。渐扩管得局部损失系数为(4、36)３、突然缩小管道图4、1０突然缩小得管道流体在突然缩小得管道中流动如图４、10所示,当管道得截面积突然收缩时,流体首先在大管得拐角处发生分离,形成分离区，然后在小管内也形成一个分
7、离区。最后才占据管道得整个截面。局部损失系数得确定可以根据实验确定。对于不可压缩流动，实验结果为(４、37)在特殊情况下,，即流体从一个大容器进入管道且进口处具有尖锐得边缘时，局部损失系数为。若将进口处得尖锐边缘改成圆角后,则局部损失系数随着进口得圆滑程度而大大降低，对于圆形匀滑得边缘；入口极圆滑时．4、渐缩管为了减小突然缩小得流动损失,通常采用渐缩管。在渐缩管中,流线不会脱离壁面,因此流动阻力主要就是沿流程得摩擦引起得.对应于缩小后得流速得局部损失系数为,由此可见,在渐缩管中得流动损失很小.5、弯管图4、11流体在弯管内得流动在弯管内得流动由于流体
8、得惯性，流体在流过弯管时内外壁面得压力分布不同而流线发生弯曲，流体受到向心力得作用,这样,弯管外侧得压强就高
