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第四章水流阻力与水头损失

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资源描述:
粘滞性 相对运动 物理性质—— 产生水 流阻力 损耗机 械能hw 第四章 水流阻力与水头损失 水头损失的分类 沿程水头损失hf 局部水头损失hj 某一流段的总水头损失: 各分段的沿程水头损失的总和 各种局部水头损失的总和 流体与边界 或流体内部 —— 理想液体 流线 实际液体 流线 流速分布 流速分布 切应力τ 切应力τ 切应力τ 沿程水头损失 沿程水头损失 局部水头损失 流速分布 流速分布 雷诺试验 lgV lghf O 流速由小至大 流速由大至小 θ1 θ2 颜色水 颜色水 颜色水 颜色水 上临界流速 (变化较大) 下临界流速 (较稳定) 层流 过度 紊流 hf 液体运动的两种流态 雷诺试验——揭示了水流运动具有层流与紊流两种流态。 当流速较小时,各流层的液体质点是有条不紊地 运动,互不混杂,这种型态的流动叫做层流。 当流速较大,各流层的液体质点形成涡体,在流 动过程中,互相混掺,这种型态的流动叫做紊流。 层流与紊流的判别 (下)临界雷诺数 雷诺数或 若ReRek,水流为紊流, 特征长度,对于明 渠无压流动,其特 征长度为 【例5-1】水温为T=15℃,管径为20mm的输水管,水 流平均流速为8.0cm/s,试确定管中水流形态,若水温不变, 求水流形态转化时的临界流速?若水流平均流速不变,求水 流形态转化时的临界水温是多少? 解:⑴已知水温T=15℃,查表得运动粘滞系数ν=0.0114cm2/s,则 水流雷诺数为 因此,水流为层流。 ⑵选取临界雷诺数Rek=2000,计算临界流速 即,水温不变时v增大到11.4cm/s时水流状态由层流转变为紊流。如果 流速不变,水流从层流转变为紊流则必需减小ν,同样选取Rek=2000 均匀流的基本方程式 1 1 2 2 L α OO Z1 Z2 列流动方向的平衡方程式: FP1=Ap1 τ0 τ0 G=ρgAL FP2=Ap2 两边同除以ρgA ,整理得: 改写为: 下页接着推 量纲分析 圆管中 沿程阻力系数 1 1 2 2 L α OO Z1 Z2 或 意义:圆管均匀流,过流断面上的 切应力呈直线分布,管壁处最大, 管轴处最小,切应力为零。此式无 压、有压均匀流均适用。 对于明渠均匀流 r Y为流层距渠底的距离 达西公式,是均匀流沿程水头损 失的普遍计算式,对于有压管流 和明渠流、层流和紊流都适用。 但不适用于管路进出口附近。 【例5-2】输油管d=250mm,管长l=200m,测得管壁 切应力τ0=40N/m2,试求⑴在200m管长的水头损失;⑵在圆 管半径r=100mm处的切应力。 解:⑴ ⑵
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