【PPT】-第四章液流型态及水头损失.ppt
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1、第四章 液流型态及水头损失,4-1 水头损失的分类及水流边界对水头损失的影响 4-2 液体的两种流动形态 4-3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系 4-4 圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算 4-5 紊流的形成过程及特征 4-6 沿程阻力系数的变化规律 4-7 沿程水头损失的计算公式 4-8 局部水头损失,第四章 液流型态及水头损失,有无粘滞性是理想液体和实际液体的本质区别。,粘滞性是液流产生水头损失的决定因素。,4-1 水头损失的分类及水流边界对水头损失的影响,一、水头损失的分类: 水头损失:单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。,分类: (1) 沿程水头损失; (2)局部水
2、头损失。,问题:理想液体和实际液体的区别?,1.沿程水头损失:水头损失是沿程都有并随沿程长度增加。,2.局部水头损失:局部区域内液体质点由于相对运动产 生较大能量损失。常用 表示。,常见的发生局部水头损失区域,只要局部地区边界的形状或大小改变,液流内部结构就 要急剧调整,流速分布进行改组流线发生弯曲并产生旋涡, 在这些局部地区就有局部水头损失。,液流产生水头损失的两个条件,(1) 液体具有粘滞性。,(2) 由于固体边界的影响,液流内部质点之间产生相 对运动。,液体具有粘滞性是主要的,起决定性作用。,液流的总水头损失hw,式中:,代表该流段中各分段的沿程水头损失的总和; 代表该流段中各种局部水头
3、损失的总和。,二、液流边界几何条件对水头损失的影响,1.液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失 的影响,可用过水断面的水力要素来表征,如过水断面的面积A、湿 周 及力半径R等。,湿周:液流过水断面与固体边界接触的周界线。,水力半径:,对圆管:,均 匀 流,2.液流边界纵向轮廓对水头损失的影响,因边界纵向轮廓的不同,可有两种不同形式的液流: 均匀流与非均匀流。,4-2 液流的两种流动形态,一、雷诺试验,线段AC及ED都是直线,,用 表示,即,层流时适用直线AC, ,即m1。,紊流时适用直线DE, ,m1.752。,二、液体形态的判别,雷诺数:,临界雷诺数:液流型态开始转变时的雷诺数。,对圆管:,
4、对明渠及天然河道:,例4-1 有一圆形水管,其直径d为100mm,管中水流的 平均流速为1.0m/s,水温为100C,试判别管中水流的 型态。,解:当水温为100C时查得水的运动粘滞系数v0.0131 cm2/s,管中水流的雷诺数,因此管中水流为紊流。,4-3 均匀流沿程水头损失与 切应力的关系,在管道或明渠均匀流中,任意取出一段总流来分析, 作用在该总流段上有下列各力。,一、动水压力,2-2断面,1-1断面,均匀流时无局部水头损失,非均匀渐变流时局部水头 损失可忽略不计,非均匀急变流时两种水头损失都有。,非均匀流,二、重力,重力:,三、摩擦阻力,因为均匀流没有加速度,所以,即,将 代入上式,
5、各项用 除之,整理后,因断面1-1及2-2的流速水头相等,则能量方程为有,因 故上式可写成,上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。在 均匀流中任意取一流束按上述同样方法可求得:,所以,由实验研究或量纲分析知:,由此得,对圆管来说,式中 称为沿程阻力系数,表征沿程阻力大小。,4-4 圆管中的层流运动及其 沿程水头损失的计算,圆管中层流运动圆筒层表面的切应力可按牛顿内摩擦定律 来计算:,圆筒层表面切应力,有,当r=r0时, 得,流速分布公式,雷诺实验表明层流与紊流的主要区别在于紊流时各流层 之间液体质点有不断地互相混掺作用,而层流则无。,一、紊流形成过程的分析,4-5 紊流的形成过程与特征,
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- PPT 第四 章液流型态 水头 损失
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