沿程水頭損失計算.ppt

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1、第四章水頭損失實際液體由于具有粘性，在流動時產生摩擦阻力，這種摩擦阻力使液體的部分機械能不可逆的轉化為熱能而散失到周圍空間，在水力學中稱為“能量損失”，或者說是單位重量液體克服水流阻力所消耗的液體機械能，也稱“水頭損失”。本章的任務就是要討論水頭損失的形成原因和建立水頭損失的計算公式?！?-1水頭損失的兩種形式§4-2液體運動的兩種形態(tài)§4-3沿程水頭損失計算§4-4局部水頭損失§4-1水頭損失的兩種形式1、沿程水頭損失hfhf——由管路的長度引起的損失，與管長成正比。液體流動克服沿程阻力而損失的能量，就稱為沿程水頭損失?？偹^線呈下降直線。2、局部水頭損失hm

2、hm——由閥件、管件引起的水頭損失。液體在流動過程中為克服局部地段阻力而消耗的機械能，稱為局部水頭損失。如上頁圖中的轉彎，收縮，閥門等液體流動過程中總水頭損失等于各部分沿程水頭損失和局部水頭損失的代數(shù)和。即：§4-2液體運動的兩種形態(tài)一、雷諾實驗如右圖所示，通過控制閥門的開啟程度，可以得到不同的流動狀態(tài)，分別為：層流過渡流紊流二、流態(tài)的判據(jù)實驗證明：除流速對流態(tài)有影響外，管道的直徑，液體的密度、粘度對液體流動的流態(tài)均有影響。因此數(shù)群dυρ/μ的大小決定流體的流動狀態(tài)（對任何流體均適用）。雷諾數(shù)：或Re是一個“無因次”數(shù)，或“無量綱”數(shù)。證明：經(jīng)大量實驗證明，對水

3、平圓直管內的液體流動：Re≥40002300

4、Δ/d反映出來。hf∝Δ/d——相對粗糙度4、實驗表明：阻力與動壓頭成正比hf∝v2/2g因此，由以上分析，可得：令——沿程阻力系數(shù)所以——達西公式由達西公式可看出，要確定沿程水頭損失，關鍵任務在于確定沿程阻力系數(shù)λ。二、層流時沿程阻力系數(shù)λ的確定hfL12RτdrrP1P2τ液體在平直園管內做勻速層流運動，如圖：在1-2截面間液體中分出一個半徑為r的液體柱，由于液體作勻速運動，所以作用在柱體作用在水平方向上只有表面力：上的合力為零（水平方向）。切向力壓力在水平方向上:——①由上圖可以看出：由牛頓粘性定律得負號表示r↑→u↓，而τ為正——②將①代入②即等號兩邊進

5、行積分得可見速度的分布是半徑的二次函數(shù)，即速度分布為拋物線形，如下圖所示：流過圓形dr的流量：將兩邊積分：——(4)因為——(5)對平直圓管定截面的液體流動：則上式即為達西公式所以——層流時沿程阻力系數(shù)三、紊流時沿程阻力系數(shù)λ的確定（一）摩擦系數(shù)曲線圖由前面的分析可知：針對上述關系式，進行實驗，即可繪出摩擦系數(shù)曲線圖。1、尼古拉茲實驗曲線圖λ值的確定：1）Re≤2300時，按λ=64/Re計算。2）2300

6、①層流區(qū)間λ只與Re有關，與Δ/d無關。為一直線，理論與實驗相符。②過渡區(qū)間λ的值極不穩(wěn)定③水力光滑區(qū)間光滑管線附近，此區(qū)間層流邊界層厚度δ仍大于絕對粗糙度Δ，稱為水力光滑管。因此λ只與Re有關，與Δ/d無關，λ=f(Re).hf∝vn1

7、接用于工業(yè)管道，但尼古拉茲實驗從理論上揭示了在不同的區(qū)間Re及Δ/d對λ的影響規(guī)律。2、工業(yè)管道實驗曲線圖工業(yè)管道紊流三區(qū)間的劃分及各區(qū)間λ的計算。1)、水力光滑區(qū)間：2)、紊流過渡區(qū)間：此式即為柯列勃洛克公式3)、阻力平方區(qū)間：上式所有的計算僅僅是針對圓管流動的情況而言，而在實際工程中經(jīng)常碰到液體在非圓管道中流動。下面將討論非圓管道的情況。（二）非圓管道的阻力計算對非圓管道的阻力計算，我們采用與圓形管道類似的方法。對非圓管道的計算，要先找出當量直徑，然后按圓管道計算。1、水力半徑（R）：與流動方向相垂直的流動截面積，與被流體所浸潤的周邊長度之比，即為水力半徑。

8、ω——流動截面面積χ——