流动型态水流阻力和水头损失ppt课件.ppt

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1、第五章流动型态、水流阻力和水头损失§5-1流动的两种型态§5-2水流阻力和水头损失的种类§5-3均匀流动的沿程损失§5-4园管层流的水头损失§5-5流体的紊流运动§5-6园管中的紊流§5-7紊流沿程水头损失的分析§5~8局部水头损失§5-9绕流阻力第五章流动型态、水流阻力和水头损失本章的目的在于阐明实际液体的流动型态及其特征，然后分析液体阻力及水头损失的规律，并确定对水头损失数值的计算方法。§5-1流动的两种型态§5-1流动的两种型态雷诺实验雷诺：O.OsborneReynolds(1842～1912)英国

2、力学家、物理学家和工程师，杰出实验科学家1867年-剑桥大学王后学院毕业1868年-曼彻斯特欧文学院工程学教授1877年-皇家学会会员1888年-获皇家勋章1905年-因健康原因退休雷诺兴趣广泛，一生著述很多，近70篇论文都有很深远的影响。论文内容包括力学热力学电学航空学蒸汽机特性等在流体力学方面最重要的贡献：1883年—发现液流两种流态：层流和紊流，提出以雷诺数判别流态。1883年—发现流动相似律对于几何条件相似的流动，即使其尺寸、速度、流体不同,只要雷诺数相同,则流动是动力相似。雷诺实验雷诺试验装置颜色

3、水hfl颜色水hfl打开下游阀门，保持水箱水位稳定颜色水hfl再打开颜色水开关，则红色水流入管道层流：红色水液层有条不紊地运动，红色水和管道中液体水相互不混掺（实验）颜色水hfl下游阀门再打开一点，管道中流速增大红色水开始颤动并弯曲，出现波形轮廓红颜色水射出后，完全破裂，形成漩涡，扩散至全管，使管中水流变成红色水。这一现象表明：液体质点运动中会形成涡体，各涡体相互混掺。颜色水hfl下游阀门再打开一点，管中流速继续增大颜色水hfl层流：各流层的液体质点有条不紊运动，相互之间互不混杂。颜色水hfl紊流：各流层的

4、液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混杂。实验时，结合观察红颜色水的流动，量测两测压管中的高差以及相应流量，建立水头损失hf和管中流速v的试验关系，并点汇于双对数坐标纸上。颜色水hfl颜色水hfl试验按照两种顺序进行:(1)流量增大（2）流量减小试验结果如下图所示。AC、ED：直线段AB、DE：直线段CDAv’CB层流紊流EBDAvC层流紊流EBDAvCCv’C60.3~63.4°45°层流过渡紊流EBDAvCCv’C45°层流过渡紊流在双对数坐标上，点汇水头损失和流速的关系为：θ2＝60.3°～63.4°

5、EBDAvCCv’C层流过渡紊流θ2＝60.3°～63.4°层流θ1=45°m=1紊流θ2=60.3~63.4°m=1.75~2.00θ1＝45°E由层流转化为紊流时的管中平均流速称为上临界流速。由紊流转化为层流时的管中平均流速称为下临界流速。下临界流速：上临界流速：〈§5-1流动的两种型态在圆管中（有压），若为层流为紊流由上式可得：(下临界雷诺数)（上临界雷诺数）（不稳定）水：（t为水温℃，为）§5-1流动的两种型态对于明渠无压流动：为层流为紊流在理想流体里，因为没有粘性的作用，所以无所谓层流和紊流。Re

6、反映了惯性力与粘性力的对比关系。若Re较小，反映出粘性力的作用大，粘性力作用对质点运动起控制作用，质点呈现有秩序的线状运动，为层流。当流动的雷诺数逐渐增大时，粘性力对流动的控制也随之减小，质点运动失去控制时，层流即失去了稳定，由于外界的各种原因，如边界上的高低不平等因素，惯性作用将使微小的扰动发展扩大，形成紊流。水力半径定义：§5-1流动的两种型态所以雷诺数可以用来判别流动型态。惯性力↑，动能↑，粘性力↓，则呈紊流；惯性力↓，动能↓，粘性力↑，则呈层流；实际液体运动中存在两种不同型态：层流和紊流不同型态的液

7、流，水头损失规律不同雷诺实验揭示出§5-2水流阻力和水头损失的种类§5-2水流阻力和水头损失的种类水流阻力：是流体与边界相互作用而产生的平行于流动方向的作用力。水头损失：单位重量液体的机械能损失。下面先对阻力进行分析：设想处在流动中的一个物体，这个物体表面形成流动的内边界。取一个边界面上的微小面积dA，在dA上作用有切应力τ0和法应力p0，因此流体作用于物体表面dA上的作用力为dT=τ0dA和dP=p0dA,他们在流动方向（即y方向）上的投影为：§5-2水流阻力和水头损失的种类dAP0τ00yxzu0其中为

8、流动不受干扰时的流速。§5-2水流阻力和水头损失的种类将上式对全部面积积分，得阻力的表达式为：阻力水头损失局部阻力：液体因固体边界急剧改变而引起速度分布的变化，从而产生的阻力。一个流段两截面间的总水头损失：叠加原理产生漩涡的局部范围局部水头损失沿程水头损失hf∝s发生边界平直的固体边界水道中大小与漩涡尺度、强度,边界形状等因素相关耗能方式通过液体粘性将其能量耗散外在原因液体运动的摩擦阻力边界层分离或形状阻力液体以