沿程水頭損失計(jì)算.ppt

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1、第四章水頭損失實(shí)際液體由于具有粘性，在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力，這種摩擦阻力使液體的部分機(jī)械能不可逆的轉(zhuǎn)化為熱能而散失到周圍空間，在水力學(xué)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(jī)械能，也稱“水頭損失”。本章的任務(wù)就是要討論水頭損失的形成原因和建立水頭損失的計(jì)算公式。§4-1水頭損失的兩種形式§4-2液體運(yùn)動(dòng)的兩種形態(tài)§4-3沿程水頭損失計(jì)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(dòng)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(dòng)過程中為克服局部地段阻力而消耗的機(jī)械能，稱為局部水頭損失。如上頁圖中的轉(zhuǎn)彎，收縮，閥門等液體流動(dòng)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(yùn)動(dòng)的兩種形態(tài)一、雷諾實(shí)驗(yàn)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(dòng)狀態(tài)，分別為：層流過渡流紊流二、流態(tài)的判據(jù)實(shí)驗(yàn)證明：除流速對(duì)流態(tài)有影響外，管道的直徑，液體的密度、粘度對(duì)液體流動(dòng)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(dòng)狀態(tài)（對(duì)任何流體均適用）。雷諾數(shù)：或Re是一個(gè)“無因次”數(shù)，或“無量綱”數(shù)。證明：經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)水

3、平圓直管內(nèi)的液體流動(dòng)：Re≥40002300

4、Δ/d反映出來。hf∝Δ/d——相對(duì)粗糙度4、實(shí)驗(yàn)表明：阻力與動(dòng)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(dá)西公式由達(dá)西公式可看出，要確定沿程水頭損失，關(guān)鍵任務(wù)在于確定沿程阻力系數(shù)λ。二、層流時(shí)沿程阻力系數(shù)λ的確定hfL12RτdrrP1P2τ液體在平直園管內(nèi)做勻速層流運(yùn)動(dòng)，如圖：在1-2截面間液體中分出一個(gè)半徑為r的液體柱，由于液體作勻速運(yùn)動(dòng)，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(fù)號(hào)表示r↑→u↓，而τ為正——②將①代入②即等號(hào)兩邊進(jìn)

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?yàn)椤?5)對(duì)平直圓管定截面的液體流動(dòng)：則上式即為達(dá)西公式所以——層流時(shí)沿程阻力系數(shù)三、紊流時(shí)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(duì)上述關(guān)系式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即可繪出摩擦系數(shù)曲線圖。1、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線圖λ值的確定：1）Re≤2300時(shí)，按λ=64/Re計(jì)算。2）2300

6、①層流區(qū)間λ只與Re有關(guān)，與Δ/d無關(guān)。為一直線，理論與實(shí)驗(yàn)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(duì)粗糙度Δ，稱為水力光滑管。因此λ只與Re有關(guān)，與Δ/d無關(guān)，λ=f(Re).hf∝vn1

7、接用于工業(yè)管道，但尼古拉茲實(shí)驗(yàn)從理論上揭示了在不同的區(qū)間Re及Δ/d對(duì)λ的影響規(guī)律。2、工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)算僅僅是針對(duì)圓管流動(dòng)的情況而言，而在實(shí)際工程中經(jīng)常碰到液體在非圓管道中流動(dòng)。下面將討論非圓管道的情況。（二）非圓管道的阻力計(jì)算對(duì)非圓管道的阻力計(jì)算，我們采用與圓形管道類似的方法。對(duì)非圓管道的計(jì)算，要先找出當(dāng)量直徑，然后按圓管道計(jì)算。1、水力半徑（R）：與流動(dòng)方向相垂直的流動(dòng)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(dòng)截面面積χ——