第5章流动阻力与水头损失.ppt
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1、第5章 流动阻力与水头损失,第5章 流动阻力与水头损失,本章重点掌握 黏性流体的流动型态(层流、紊流)及其判别 沿程水头损失计算 局部水头损失计算,5.1 概述,一、章目解析 从力学观点看,本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因: 内因粘性+惯性 外因外界干扰 从能量观看,本章研究的是能量损失(水头损失)。,5.1 概述,二、研究内容 内流(如管流、明渠流等):研究 的计算(本章重点); 外流(如绕流等):研究CD的计算。 三、水头损失的两种形式 hf :沿程水头损失(由摩擦引起); hm :局部水头损失(由局部干扰引起)。,总水头损失:,5.2 黏性流体的流动型态,一、雷诺实验简介 18
2、83年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验,提出了流体运动存在两种型态:层流和紊流。,Osborne Reynolds (1842-1916),5.2 黏性流体的流动型态,5.2 黏性流体的流动型态,雷诺在观察现象的同时,测量 ,绘制 的关系曲线如下:,层流:,紊流:,5.2 黏性流体的流动型态,二、判别标准,1.试验发现,5.2 黏性流体的流动型态,2.判别标准,圆管:取,非圆管:,定义水力半径 为特征长度.相对于圆管有,5.2 黏性流体的流动型态,故取,例题1,5.3 恒定均匀流基本方程,5.3 恒定均匀流基本方程,一、恒定均匀流基本方程推导,对如图所示定常均匀有压管流,由12
3、建立伯努利方程,得: 流体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。,(1),5.3 恒定均匀流基本方程,2. 在s方向列动量方程,得:,式中:,(2),5.3 恒定均匀流基本方程,3. 联立(1) 、(2),可得定常均匀流基本方程,上式对层流、紊流均适用。,(3),5.3 恒定均匀流基本方程,二、过流断面上切应力的分布,仿上述推导,可得任意r处的切应力:,考虑到 ,有,故 (线性分布),5.3 恒定均匀流基本方程,三、沿程水头损失hf的通用公式,由均匀流基本方程 计算 ,需先求出 。,因,据定理:,故,5.3 恒定均匀流基本方程,令 ,并考虑到 ,,式中, 为沿程阻力系数,一般由实验确定。,代
4、入 可得沿程水头损失 的通用公式达西公式:,5.4 圆管中的层流运动,一、过流断面上的流速分布,据,5.4 圆管中的层流运动,积分,得:,旋转抛物面分布,5.4 圆管中的层流运动,最大流速:,流量:,5.4 圆管中的层流运动,二、断面平均流速,5.4 圆管中的层流运动,三、沿程水头损失,由,和,得:,5.4 圆管中的层流运动,与hf的通用公式比较,可得圆管层流时沿程阻力系数:,四、动能、动量修正系数,5.5 圆管中的紊流运动,一、紊流的特征,主要特征:流体质点相互掺混,作无定向、无规则的运动,运动要素在时间和空间都是具有随机性质的脉动。 严格来讲,紊流总是非恒定的。 时间平均紊流:恒定紊流与非
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