流体阻力和水头损失.ppt

第四章流体阻力和水头损失
前面介绍了总流的能量方程, 该方程要在工程实际中真正得到应用,必须解决能量损失项的计算问题,而能量损失和流动阻力有着密切的关系。
本章主要讨论具有粘性的实际流体运动,分析形成阻力的原因和分类,以及流态的变化,从而从理论上建立实际流体运动的微分方程,研究流动阻力和能量损失的规律。并介绍如何结合实验分析,确定因流动阻力而产生的水头损失的计算方法。
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§ 管路中流动阻力产生的原因及分类
一、流阻产生的原因
主要原因是由于管壁界面的限制,使液流与管壁接触,发生质点与管壁间的摩擦(沿程阻力损失)和撞击(局部阻力损失),消耗能量,形成阻力。
液流的粘性,是造成流阻的根本原因。
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几个与接触面有关的概念
1、过流断面A
是指垂直于流线包含整个流体周界的运动流体横截面。
2、湿周X:
是在过流截面上,流体与固体接触的长度(m)。
3、水力半径R:
4、当量直径:
当一非圆形过流截面与某圆形过流截面的水力半径相等时,此圆断面直径称为该非圆过流截面的当量直径。 d当=4R
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二、流动阻力在工程计算上的分类
1、沿程阻力损失
2、局部阻力损失
次要因素(10%-30%)
主要因素(70%-90%)
流经直管时产生的阻力损失
流经弯管或截面突变时产生的阻力损失
3、总阻力损失
沿程+局部
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一、两种流态
1、层流:(laminar flow),亦称片流
液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动,即液体作分层流动,各层间的流体互不混杂。
特点:
(1)有序性。水流呈层状流动,各层的质点互不混掺,质点作有序的直线运动。
(2)粘性占主要作用,遵循牛顿内摩擦定律。
(3)能量损失与流速的一次方成正比。
(4)在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
§ 两种流态及转化标准
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2、紊流: (turbulent flow),亦称湍流
液体中质点除沿管道轴线运动外,还有横向运动,呈现紊乱混杂状态。
特点:
(1)无序性、随机性、有旋性、混掺性。
(2)紊流受粘性和紊动的共同作用。
(3)~2次方成正比。
(4)在流速较大且雷诺数较大时发生。
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二、雷诺实验
1883年英国物理学家雷诺(Reynolds O.)通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。
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雷诺实验表明:
①、当流速大于上临界流速(层紊)时为紊流;当流速小于下临界流速(紊层)较稳定时为层流;当流速介于上、下临界流速之间时,可能是层流也可能是紊流,这与实验的起始状态、有无扰动等因素有关,不过实践证明,是紊流的可能性更多些。
②、在相同的玻璃管径下用不同的液体进行实验,所测得的临界流速也不同,黏性大的液体临界流速也大;若用相同的液体在不同玻璃管径下进行试验,所测得的临界流速也不同,管径大的临界流速反而小。
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层流→湍流时的临界雷诺数,它易受外界干扰,数值不稳定。
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湍流→层流时的临界雷诺数,是流态的判别标准,它只取决于水流边界的形状,即水流的过水断面形状。 
3. 变直径管流中,细断面直径d1,粗断面直径d2=2d1,则粗细断面雷诺数关系是Re1=2Re2。
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