沿程水頭損失.ppt

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1、第三章流動阻力與能量損失本章知識預告：●沿程阻力，沿程能量損失；局部阻力，局部能量損失?！窳鲬B(tài)：層流，紊流。●層流沿程損失及其阻力系數計算；紊流沿程損失及其阻力系數確定?！窬植繐p失計算?！駵p小阻力的措施。第一節(jié)流動阻力與能量損失的兩種形式一、流動阻力和能量損失的分類根據流動的邊界條件，能量損失分：沿程能量損失和局部能量損失㈠沿程阻力及沿程能量損失◆沿程阻力—當束縛流體流動的固體邊壁沿程不變,流動為均勻流時,流層與流層之間或質點之間只存在沿程不變的切應力，稱為沿程阻力。◆沿程能量損失—沿程阻力作功引起的能量損失稱之這沿程能量損失。特點：

2、沿管路長度均勻分布，即沿程水頭損失hf∝l。沿程水頭損失㈡局部阻力及局部能量損失◆局部阻力—當流體流經固體邊界突然變化處，由于固體邊界的突然變化造成過流斷面上流速分布的急劇變化（產生旋渦），從而在較短范圍內集中產生的阻力稱為局部阻力。◆局部能量損失—由于局部阻力作功引起的能量損失稱之為局部能量損失。局部水頭損失，以hj表示。見圖3-1。局部水頭損失整個管路的沿程水頭損失等于各管段的沿程水頭損失之和。即整個管路的局部水頭損失等于各管件的局部水頭損失之和。即整個管路的能量損失等于各管段的沿程損失和各局部損失的總和。即二、能量損失的計算公式

3、—長期工程經驗總結液體：沿程水頭損失（達西公式）：λ—沿程阻力系數；Ｌ—管道長度；d—管道直徑；v—平均流速局部水頭損失：氣體：沿程壓強損失：局部壓強損失：核心問題：?和?的計算。第二節(jié)兩種流態(tài)與雷諾數一、雷諾試驗見視頻。雷諾發(fā)明兩種流動狀態(tài)，沿程損失與流態(tài)密切相關。層流—各流層的流體質點互不混雜的流動型態(tài)。紊流—各流體質點的瞬時速度大小方向隨時間而變，各流層質點互相摻混的流動型態(tài)。層流與紊流的轉變層流?紊流有過渡區(qū)（不穩(wěn)定區(qū)），實用上把下臨界流速vk作為流態(tài)轉變速度。不穩(wěn)定區(qū)紊流區(qū)層流區(qū)二、沿程水頭損失與流態(tài)的關系層流區(qū)：紊流區(qū)：不

4、穩(wěn)定區(qū)：關系不穩(wěn)定。三、流動型態(tài)的判斷標準●雷諾數：雷諾等人進一步實驗表明：流態(tài)不僅和流速v有關，還和管徑d、流體的動力粘度μ和密度ρ有關。以上四個參數組合成一個無因次數，叫雷諾數，用Re表示?！裼袎簣A管流態(tài)判據：Re≤2000，層流Re>2000，紊流適用于任何管徑和任何牛頓流體?！駸o壓流和非圓管有壓流動的流態(tài)判據：用水力半徑Ｒ代替圓形管的直徑d時，Rek=500；用當量直徑de計算時，Rek=2000。第三節(jié)均勻流的基本方程式本節(jié)探討均勻流條件下，沿程損失與沿程阻力之間的關系。◆均勻流：過流斷面的形狀和大小沿流程不變，而且過流斷面

5、的流量、流速分布也沿程不變的流動?！艟鶆蛄餍再|：⑴不存在慣性力，流線相互平行。斷面上，⑵能量損失只有沿程損失，而且各各單位長度上的沿程損失都是相等的。第四節(jié)圓管中層流運動的沿程阻力計算由和求出函數J=f(u)，再求出J=f(v)的表達式。結果為上式整理變化成：對比達西公式，可知：上式說明：圓管層流沿程阻力系數λ只與Re有關，與管壁粗糙度無關。第五節(jié)圓管中的紊流運動討論管中紊流運動的基本特征及沿程損失規(guī)律.一、紊流脈動與時均化㈠脈動現象如圖3-7。相互摻混，互相碰撞?！镌谖闪髦校沉黧w質點的瞬時速度和壓強始終圍繞某一平均值而上下波動的現

6、象—脈動現象。㈡時均化紊流運動要素圍繞它上下波動的平均值稱為時均值。時均速度的定義：瞬時速度二、紊流阻力由兩部分組成：①流體各層因時均流速不同而存在相對運動，故流層間產生因粘滯性所引起的摩擦阻力。粘性切應力τ1按牛頓內摩擦定律計算。②由于脈動現象，流層間質點的動量交換形成的紊流附加切應力τ2。其大小由普朗特的混合長度理論計算。見式(3-21)。Re較小時，τ1為主要；Re足夠大時,τ2為主要。三、紊流的速度分布Re↗，δ↘。層流邊界層厚度δ對紊流沿程損失很有影響。見圖3-9。當δ＞Δ時，水力光滑。粗糙度對能量損失不產生影響。當δ＜Δ時

7、，水力粗糙。Δ影響能量損失，Re不影響。如圖3-8。第六節(jié)紊流沿程阻力系數沿程水頭損失計算：層流：對于紊流的λ通常用以下兩種途徑來確定：①用理論和試驗相結合的方法，以紊流的半經驗理論為基礎，整理成半經驗公式；②直接根據實驗資料綜合成阻力系數λ的純經驗公式。大量實驗說明：紊流λ主要取決于Re和管道相對粗糙度Δ/d這兩個因素。一、尼古拉茲實驗管壁粘貼不同粒徑均勻砂粒形成人工粗糙的六種管徑中進行。尼古拉茲實驗曲線尼古拉茲實驗所揭示的沿程阻力系數λ的變化規(guī)律如下：Ⅰ.層流區(qū)，Re<2000(lgRe<3.3)，λ=f1(Re)Ⅱ.臨界過渡區(qū),

8、Re＝2000~4000(lgRe=3.3~3.6),λ=f2(Re)Ⅲ.紊流光滑區(qū),Re>4000(lgRe>3.6)，λ=f3(Re)Ⅳ.紊流過渡區(qū)，λ＝f4(Re,Δ/d)Ⅴ.紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）,λ＝f5(Δ