水流阻力和水頭損失

1、4.1 4.1 沿程水頭損失和局部水頭損失沿程水頭損失和局部水頭損失4.1.1 4.1.1 沿程水頭損失沿程水頭損失1 1、沿程阻力：、沿程阻力： 在邊壁沿程不變的管段上，流動(dòng)阻力沿程也基在邊壁沿程不變的管段上，流動(dòng)阻力沿程也基本不變，稱這類阻力為沿程阻力。本不變，稱這類阻力為沿程阻力。2 2、沿程損失、沿程損失 克服沿程阻力引起的能量損失克服沿程阻力引起的能量損失 由于沿程損失沿管段均布，即與管段的長(zhǎng)度成由于沿程損失沿管段均布，即與管段的長(zhǎng)度成正比，所以也稱為正比，所以也稱為長(zhǎng)度損失。長(zhǎng)度損失。3 3、沿程損失的經(jīng)驗(yàn)公式沿程損失的經(jīng)驗(yàn)公式gvdlhf22 4.1.24.1.2 局部水頭損失局

2、部水頭損失 1 1、局部阻力局部阻力 在邊界急劇變化的區(qū)域，阻力主要地集中在邊界急劇變化的區(qū)域，阻力主要地集中在該區(qū)域內(nèi)及其附近，這種集中分布的阻力稱在該區(qū)域內(nèi)及其附近，這種集中分布的阻力稱為局部阻力為局部阻力 2 2、局部損失、局部損失 克服局部阻力的能量損失克服局部阻力的能量損失 3 3、局部損失的經(jīng)驗(yàn)公式、局部損失的經(jīng)驗(yàn)公式gvhm224.1.3 4.1.3 水頭損失疊加原理水頭損失疊加原理mfwhhh上述公式稱為能量損失的疊加原理。上述公式稱為能量損失的疊加原理。 4.2 4.2 實(shí)際液體運(yùn)動(dòng)的兩種形態(tài)實(shí)際液體運(yùn)動(dòng)的兩種形態(tài)4.2.1 4.2.1 沿程水頭損失和平均流速的關(guān)系沿程水頭損

3、失和平均流速的關(guān)系21pphfabc12fh沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)沿程水頭損失實(shí)驗(yàn) 改變流量，將改變流量，將 與與 對(duì)應(yīng)關(guān)系繪于雙對(duì)數(shù)坐對(duì)應(yīng)關(guān)系繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，得到標(biāo)紙上，得到fhlglglgfmfhkmhkvlgvlghfo流速由小至大流速由大至小kvkv21.0,kfvv hv1.75 2.0,kfvv hv14.2.2 4.2.2 兩種流態(tài)兩種流態(tài)1、雷諾試驗(yàn)、雷諾試驗(yàn)雷 諾 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 圖aebc12fhd 層流：層流：分層有規(guī)則的流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。分層有規(guī)則的流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。 紊流：紊流：流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是極不規(guī)則的，各部分流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是極不規(guī)則的，各部分流體互相劇烈摻混

4、，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。流體互相劇烈摻混，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。 2 2、臨界流速、臨界流速 上臨界流速上臨界流速 ：受環(huán)境和初始條件的影響而變化受環(huán)境和初始條件的影響而變化 下臨界流速下臨界流速v vk k：不受環(huán)境和初始條件的變化而變化不受環(huán)境和初始條件的變化而變化kv4.2.3 4.2.3 流態(tài)的判別準(zhǔn)則臨界雷諾數(shù)流態(tài)的判別準(zhǔn)則臨界雷諾數(shù) 雷諾等人進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明：流動(dòng)狀態(tài)不僅和雷諾等人進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明：流動(dòng)狀態(tài)不僅和流速流速 v v 有關(guān)，還和管徑有關(guān)，還和管徑 d d 、流體的動(dòng)力粘滯、流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)系數(shù)和密度和密度 有關(guān)。以上四個(gè)參數(shù)可組合有關(guān)。以上四個(gè)參數(shù)可組合成一個(gè)無(wú)因次數(shù)

5、，叫做雷諾數(shù)，用成一個(gè)無(wú)因次數(shù)，叫做雷諾數(shù)，用 re re 表示。表示。vdvdre若若rerererererek k，水流為紊流，水流為紊流，1.752.0fhv2300redvdvkkk公式只適用于圓管，對(duì)于非圓管用公式只適用于圓管，對(duì)于非圓管用當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下：如下：非圓管非圓管濕周：濕周： 過(guò)水?dāng)嗝嬷幸后w與固體接觸的邊界長(zhǎng)度過(guò)水?dāng)嗝嬷幸后w與固體接觸的邊界長(zhǎng)度 4edr當(dāng)量直徑：非圓管的水力半徑和圓管的水當(dāng)量直徑：非圓管的水力半徑和圓管的水力半徑力半徑d/4d/4相等的非圓管的當(dāng)量直徑。相等的非圓管的當(dāng)量直徑。ar水力半徑水力半徑：244dadrd對(duì)于圓管對(duì)于圓管水力

6、半徑水力半徑2300reekekkdvdv4.2.4 4.2.4 流態(tài)分析流態(tài)分析選定流層y流速分布曲線干擾ffffffffffff升力渦 體紊流形成條件渦體的產(chǎn)生雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值用雷諾數(shù)判斷流態(tài)的原因用雷諾數(shù)判斷流態(tài)的原因 雷諾數(shù)可理解為水流慣性力和粘滯力量綱之比雷諾數(shù)可理解為水流慣性力和粘滯力量綱之比量綱：稱為因次，指物理量的性質(zhì)和類別，例如量綱：稱為因次，指物理量的性質(zhì)和類別，例如長(zhǎng)度和質(zhì)量，分別用長(zhǎng)度和質(zhì)量，分別用ll和和mm表達(dá)表達(dá) 22 lvl vvl慣性力粘帶力量綱為2 duvalvldyl粘性力322 m vllvt慣性力= a= 層流底層、過(guò)渡層和紊流核心層流底層、過(guò)渡層

7、和紊流核心幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念4.3 4.3 均勻流基本方程均勻流基本方程2211 122212121222ffpvpvzzhggggpphzzgg列列1-11-1、2-22-2斷面伯努利方程式：斷面伯努利方程式：1、沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系、沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系1122面積面積1o列流動(dòng)方向的平衡方程式：列流動(dòng)方向的平衡方程式：120cos0apapgall0fl濕周整理得：01212()()pplzzggag改寫(xiě)為：00fllhagrg0fhgrl水力半徑過(guò)水?dāng)嗝婷娣e與濕周之比，即a/0grj00g=gal111pp a222pp a122loz1z2gr j22ooorgr

8、jrrrgrjrroorr2、切應(yīng)力的分布、切應(yīng)力的分布8*0vv建立建立 和和 之間的關(guān)系，可得：之間的關(guān)系，可得：0阻力速度阻力速度4.4 圓管層流的沿程阻力系數(shù)圓管層流的沿程阻力系數(shù)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特征質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特征（圖示）（圖示）：液體質(zhì)點(diǎn)是分層有條不紊、互不混雜地運(yùn)動(dòng)著液體質(zhì)點(diǎn)是分層有條不紊、互不混雜地運(yùn)動(dòng)著切應(yīng)力：切應(yīng)力：dudr 4.4.1 流速分布流速分布（推演）（推演）：220()4gjurr斷面平均流速：斷面平均流速：沿程水頭損失：沿程水頭損失：232fvlhgd2264642re2lvlvvd dgdg4.4.2 圓管層流沿程阻力系數(shù)：圓管層流沿程阻力系數(shù)：64re232audag

9、jvdamax21u【例題例題】 輸送潤(rùn)滑油的管子直徑 8mm，管長(zhǎng) 15m，如圖6-12所示。油的運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s，流量 12cm3/s，求油箱的水頭 （不計(jì)局部損失）。 dl61015vqh圖示 潤(rùn)滑油管路 239. 0008. 014. 3101244242dqvv（m/s） 雷諾數(shù) 23005 .1271015008. 0239. 06vdre為層流列截面1-1和2-2的伯努利方程f22222111202hgvgpgvgph解：解：認(rèn)為油箱面積足夠大，取01vgvdlregvh264222222f806. 92239. 0008. 0155 .12764806. 92239. 022

10、275. 2(m) ，則運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)現(xiàn)象瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)要素（如流速、壓瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)要素（如流速、壓強(qiáng)等）隨時(shí)間發(fā)生波動(dòng)的現(xiàn)象強(qiáng)等）隨時(shí)間發(fā)生波動(dòng)的現(xiàn)象圖示圖示由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)力（2 2）紊流切應(yīng)力）紊流切應(yīng)力1222()duduldydy（1 1）紊流的脈動(dòng)與時(shí)均化）紊流的脈動(dòng)與時(shí)均化 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特征：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特征： 液體質(zhì)點(diǎn)互相混摻、碰撞，雜亂無(wú)章液體質(zhì)點(diǎn)互相混摻、碰撞，雜亂無(wú)章地運(yùn)動(dòng)著地運(yùn)動(dòng)著4.5.1 4.5.1 紊流特征紊流特征4.5 圓管紊流的沿程阻力系數(shù)圓管紊流的沿程阻力系數(shù)（3）紊動(dòng)流速分布）紊動(dòng)流速分布

11、紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，動(dòng)量大的質(zhì)點(diǎn)將動(dòng)量傳遞，動(dòng)量大的質(zhì)點(diǎn)將動(dòng)量傳給動(dòng)量小的質(zhì)點(diǎn)，動(dòng)量小傳給動(dòng)量小的質(zhì)點(diǎn)，動(dòng)量小的質(zhì)點(diǎn)影響動(dòng)量大的質(zhì)點(diǎn)，的質(zhì)點(diǎn)影響動(dòng)量大的質(zhì)點(diǎn)，結(jié)果造成斷面流速分布的均結(jié)果造成斷面流速分布的均勻化。勻化。流速分布的對(duì)數(shù)公式：流速分布的對(duì)數(shù)公式：*lgvuyck層流流速分布層流流速分布紊流流速分布紊流流速分布*8vv4.5.2 4.5.2 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)?zāi)峁爬潓?shí)驗(yàn)（1 1）沿程阻力系數(shù)及其影響因素的分析）沿程阻力系數(shù)及其影響因素的分析re64層流：層流：圓管

12、層流的沿程阻力系數(shù)與圓管層流的沿程阻力系數(shù)與re成反比，和成反比，和管壁粗糙度無(wú)關(guān)。管壁粗糙度無(wú)關(guān)。紊流：其能量損失取決于兩個(gè)方面：紊流：其能量損失取決于兩個(gè)方面： 1 1）rere； 粗糙的突起高度粗糙的突起高度 2 2）壁面的粗糙）壁面的粗糙 糙粒的形狀糙粒的形狀 糙粒的排列疏密糙粒的排列疏密壁面的粗糙）(re,f 尼古拉茲粗糙尼古拉茲粗糙 把把大小大小基本相同，基本相同，形狀形狀近似球體的砂近似球體的砂粒用漆汁粒用漆汁均勻而稠密均勻而稠密地粘附于管壁上。地粘附于管壁上。（2）沿程阻力系數(shù)的測(cè)定和阻力分區(qū)圖）沿程阻力系數(shù)的測(cè)定和阻力分區(qū)圖相對(duì)粗糙的變化范圍為相對(duì)粗糙的變化范圍為101413

13、01d實(shí)測(cè)不同流量時(shí)均實(shí)測(cè)不同流量時(shí)均 v v 和和 h hf f算出算出和和rerevdre fhvgld22沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律尼古拉茲實(shí)驗(yàn)?zāi)峁爬潓?shí)驗(yàn)lg（100）lgre層流時(shí),64re紊流光滑區(qū)(re)f0333. 0dk01633. 0dk00833. 0dk00397. 0dk001985. 0dk000985. 0dk稱為紊流過(guò)渡區(qū)dkf re,稱為紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū) dkf臨界過(guò)渡區(qū),ref阻力分區(qū)阻力分區(qū)層流底層層流底層 在紊流中緊靠固體邊界附近，有一在紊流中緊靠固體邊界附近，有一極薄的層流層，其中粘滯切應(yīng)力起極薄的層流層，其中粘滯切應(yīng)力起主

14、導(dǎo)作用，而由脈動(dòng)引起的附加切主導(dǎo)作用，而由脈動(dòng)引起的附加切應(yīng)力很小，該流層叫做應(yīng)力很小，該流層叫做層流層流底層。底層。圖示圖示 粘性（層流）底層雖然很薄，但對(duì)紊流的流粘性（層流）底層雖然很薄，但對(duì)紊流的流動(dòng)有很大的影響。所以，粘性底層對(duì)紊流沿程阻動(dòng)有很大的影響。所以，粘性底層對(duì)紊流沿程阻力規(guī)律的研究有重大意義。力規(guī)律的研究有重大意義。（3 3）斷面流速分布測(cè)定）斷面流速分布測(cè)定 紊流光滑區(qū)的流速分布紊流光滑區(qū)的流速分布紊流核心區(qū)：紊流核心區(qū)：5 . 5)lg(75. 5*yvvu層流底層：層流底層：yu0 紊流粗糙區(qū)的流速分布紊流粗糙區(qū)的流速分布2 2、普朗特卡門(mén)、普朗特卡門(mén) 流速分布的指數(shù)公

15、式流速分布的指數(shù)公式nryuu)(0max3 3、流速分布的七分之一次方定律、流速分布的七分之一次方定律7/10max)(ryuu48. 8)lg(75. 5*kyvu1 1、尼古拉茲粗糙區(qū)流速分布、尼古拉茲粗糙區(qū)流速分布（4 4）紊流沿程阻力系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式）紊流沿程阻力系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式 光滑區(qū)沿程阻力系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)公式光滑區(qū)沿程阻力系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)公式 粗糙區(qū)沿程阻力系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)公式粗糙區(qū)沿程阻力系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)公式51. 2relg280. 0)lg(re21kd7 . 3lg214.5.3 4.5.3 工業(yè)管道的沿程阻力系數(shù)工業(yè)管道的沿程阻力系數(shù)（1 1）光滑區(qū)和粗糙區(qū)的光滑區(qū)和粗糙區(qū)的值值光滑區(qū)和粗糙

16、區(qū)光滑區(qū)和粗糙區(qū)的比較的比較光滑區(qū)和粗糙區(qū)光滑區(qū)和粗糙區(qū)的計(jì)算的計(jì)算光滑區(qū)：光滑區(qū)：粗糙區(qū)：粗糙區(qū)：當(dāng)量粗糙度（當(dāng)量粗糙度（k k）：指和工業(yè)管道粗糙區(qū)）：指和工業(yè)管道粗糙區(qū)值相等的同值相等的同直徑尼古拉茲粗糙管的糙粒高度。直徑尼古拉茲粗糙管的糙粒高度。（2 2）紊流過(guò)渡區(qū)的沿程阻力系數(shù)）紊流過(guò)渡區(qū)的沿程阻力系數(shù) 過(guò)渡區(qū)沿程阻力系數(shù)的比較過(guò)渡區(qū)沿程阻力系數(shù)的比較 柯列勃洛克公式柯列勃洛克公式12.512lg()3.7rekd 又被稱為紊流綜合公式。又被稱為紊流綜合公式。 適用于整個(gè)紊流的三個(gè)阻力區(qū)。適用于整個(gè)紊流的三個(gè)阻力區(qū)。 莫迪據(jù)此繪成阻力系數(shù)圖莫迪據(jù)此繪成阻力系數(shù)圖-莫迪圖。莫迪圖。莫迪

17、圖莫迪圖粗糙區(qū)粗糙區(qū)過(guò)過(guò)渡渡區(qū)區(qū)層流區(qū)層流區(qū)臨臨界界區(qū)區(qū)光光滑滑區(qū)區(qū)（3 3）沿程阻力系數(shù)其他計(jì)算公式）沿程阻力系數(shù)其他計(jì)算公式 阿里特蘇里公式阿里特蘇里公式 布拉修斯公式布拉修斯公式 舍維列夫公式舍維列夫公式 適用于紊流的三個(gè)區(qū)）()(11. 025. 0re68dk)10(rere3164. 0525. 0)/2 . 1(0210. 0)/2 . 1(1 0179. 0)107 . 2re(1 0144. 0)104 . 2re(1 0159. 03 . 03 . 0867. 03 . 06284. 036. 2284. 06226. 0684. 0226. 0smvdsmvdddddvv

18、v管鑄鐵鋼舊管鑄鐵鋼舊新鑄鐵管新鋼管 謝才公式謝才公式vcr j斷面平均流速斷面平均流速謝才系數(shù)謝才系數(shù)水力半徑水力半徑水力坡度水力坡度1.1.謝才系數(shù)有量綱，量綱為謝才系數(shù)有量綱，量綱為ll1/21/2t t-1-1 ，單位為單位為m m1/21/2/s/s。2.2.謝才公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)，謝才公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)，既可適用于明渠水流也可應(yīng)用于管流。既可適用于明渠水流也可應(yīng)用于管流。3.常用計(jì)算謝才系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：常用計(jì)算謝才系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：曼寧公式曼寧公式巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式161crn11ycrn 這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得，故這兩個(gè)公式均依據(jù)

19、阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得，故只能只能適用于阻力平方區(qū)的紊流適用于阻力平方區(qū)的紊流。8gc28gc或或n n為粗糙系數(shù)，簡(jiǎn)為粗糙系數(shù)，簡(jiǎn)稱糙率。稱糙率。y y與與n n和和r r有關(guān)的指數(shù)。有關(guān)的指數(shù)。例題例題4.6 4.6 局部水頭損失局部水頭損失4.6.1 4.6.1 局部水頭損失的一般分析局部水頭損失的一般分析gvhm22reb層流層流紊流紊流b是隨局部阻礙的形是隨局部阻礙的形狀而異的常數(shù)狀而異的常數(shù)1、紊流局部損失發(fā)生的原因：、紊流局部損失發(fā)生的原因：(1)(1)邊壁的變化導(dǎo)致漩渦區(qū)的產(chǎn)生，引起能量損失；邊壁的變化導(dǎo)致漩渦區(qū)的產(chǎn)生，引起能量損失； 如：突擴(kuò)管、突縮管如：突擴(kuò)管、突縮管

20、(2)(2)流動(dòng)方向變化所造成的二次流損失；流動(dòng)方向變化所造成的二次流損失； 如：彎管如：彎管2 2、紊流局部阻力系數(shù)影響因素、紊流局部阻力系數(shù)影響因素 對(duì)各種局部障礙進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究證明，紊流局對(duì)各種局部障礙進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究證明，紊流局部阻力影響因素影響因素為：部阻力影響因素影響因素為：/refk d局部阻礙的形狀，4.6.2 4.6.2 變徑管的局部水頭損失變徑管的局部水頭損失1d2v222ld1v11z1z2oogx（1）突然擴(kuò)大）突然擴(kuò)大2211 12221222mpvpvzzhgggg2212211212()()()22mppvvhzzgggg列列x x方向的動(dòng)量方程式方向的動(dòng)量方程

21、式1222221cos()p ap aga lq vv化簡(jiǎn)整理得：化簡(jiǎn)整理得：1221212()ppvvvzzggg所以有所以有2222121212()()22mvvvvvvvhggg2222221112(1)(1)22avavagag2222mvhg2112mvhg對(duì)對(duì)1-1、2-2斷面列能量方程式斷面列能量方程式管出口（2 2）突然縮小）突然縮小gvaahm2)1 (5 . 02212)1 (5 . 012aa管入口i=0.5舉例舉例hf雷諾試驗(yàn)顏色水返回雷諾實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)演示a)v1b)v2c)v3rur0每一圓筒層表面的 切應(yīng)力：dudr 另依均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)的關(guān)系式有：0grjg

22、r j或所以有2rdugjdr 積分整理得24xgjurc 當(dāng)r=r0時(shí)，ux=0，代入上式得204gjcr層流流速分布為220()4xgjurr拋物型流速分布返回20max4rju中心線的最大流速a紊流紊流的脈動(dòng)現(xiàn)象紊流的脈動(dòng)現(xiàn)象xu脈動(dòng)流速tuxotuxoxu時(shí)均流速xxxuuu 或xxxuuu01txxuu dtt010txxuu dtt（時(shí)均）恒定流（時(shí)均）恒定流（時(shí)均）非恒定流（時(shí)均）非恒定流返回xu瞬時(shí)流速紊流的層流底層紊流的層流底層層流底層0紊流層流底層厚度層流底層厚度032.8red可見(jiàn)，可見(jiàn)，0隨雷諾數(shù)的增加而減小。隨雷諾數(shù)的增加而減小。當(dāng)當(dāng)re較小時(shí)，較小時(shí)，紊流光滑壁面紊

23、流光滑壁面當(dāng)當(dāng)re較大時(shí)，較大時(shí)，k0k0紊流粗糙壁面紊流粗糙壁面k0過(guò)渡粗糙壁面過(guò)渡粗糙壁面返回返回紊流形成過(guò)程的分析紊流形成過(guò)程的分析返回選定流層y流速分布曲線干擾ffffffffffffffff升力渦 體hf尼古拉茲實(shí)驗(yàn)?zāi)峁爬潓?shí)驗(yàn)相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度 或相對(duì)光滑度或相對(duì)光滑度dkkd22fl vhdg雷諾數(shù)雷諾數(shù)re返回例題：有一混凝土護(hù)面的梯形渠道，底寬10m，水深3m，水面寬b16m，濕周 18.5m ，流量為39m3/s，水流屬于阻力平方區(qū)的紊流，求每公里渠道上的沿程水頭損失。bh1：11：1解：b2392bbahm過(guò)水?dāng)嗝婷娣e水力半徑2.11arm謝才系數(shù)121166112.1

24、166.5/0.017crmsn沿程水頭損失220.11fv lhmc r斷面平均流速1/qvm sa例題：水從水箱流入一管徑不同的管道，管道連接情況如圖所示，已知：111222150,25,0.037125,10,0.0390.5,0.15,2.0dmm lmdmm lm進(jìn)口收縮閥門(mén)（以上值均采用發(fā)生局部水頭損失后的流速）當(dāng)管道輸水流量為25l/s時(shí)，求所需要的水頭h。l1l2v00d2d1h分析：用能量方程式，三選定，列能量方程：2200002wvhhg11220012wfjffjjjhhhhhhhh進(jìn)口收縮閥門(mén)222221122122121222222l vl vvvvdgdgggg進(jìn)口

25、收縮閥門(mén)l1l2v00d2d1h112200解：1210.0251.415/3.140.154qvm sa2220.0252.04/3.140.1254qvm sa222222222112212212122222222wvvl vlvvvvhhggdgdgggg進(jìn)口收縮閥門(mén)2.011hm代入數(shù)據(jù)，解得：故所需水頭為2.011m。4.7 4.7 邊界層理論簡(jiǎn)介邊界層理論簡(jiǎn)介4.7.1 4.7.1 邊界層的概念邊界層的概念 對(duì)于水和空氣等粘度很小的流體，在大雷諾數(shù)下繞物體流動(dòng)時(shí)，粘性對(duì)流動(dòng)的影響僅限于緊貼物體壁面的薄層中，而在這一薄層外粘性影響很小，完全可以看作是理想流體的勢(shì)流，這一薄層稱為邊界層

26、。邊界層。 圖所示為大雷諾數(shù)下粘性流體繞流翼型的二維流動(dòng)，根據(jù)普朗特邊界層理論，把大雷諾數(shù)下均勻繞流物體表面的流場(chǎng)劃分為三個(gè)區(qū)域，即邊界層、外部勢(shì)流和尾渦區(qū)。 翼型繞流圖 翼型上的邊界層 iii外部勢(shì)流 ii尾部流區(qū)域 i邊界層 邊界層外邊界 邊界層外邊界 邊界層的厚度：邊界層的厚度：一般將壁面流速為零與流速達(dá)到一般將壁面流速為零與流速達(dá)到 來(lái)流速度的來(lái)流速度的99處之間的距離定處之間的距離定 義為邊界層厚度義為邊界層厚度邊界層的流態(tài)：邊界層的流態(tài)：層流和紊流層流和紊流5010)0 . 55 . 3(kkxxure 邊界層 umax u xk 充分發(fā)展的流動(dòng) (a)層流 u 邊界層 xk 充分發(fā)展的流動(dòng) (b)湍流 進(jìn)口段長(zhǎng)度進(jìn)口段長(zhǎng)度層流 xk/d=0.028re； 湍流 xk/d=50 這里，雷諾數(shù) re=ud/ 對(duì)于圓管，有：對(duì)于圓管，有：入口段的液體運(yùn)動(dòng)不入口段的液體運(yùn)動(dòng)不同于正常的層流或紊同于正常的層流或紊流，因此進(jìn)行管路阻流，因此進(jìn)行管路阻力實(shí)驗(yàn)時(shí)，需避開(kāi)入力實(shí)驗(yàn)時(shí)，需避開(kāi)入口段長(zhǎng)度。口段長(zhǎng)度。管流邊界層管流邊界層4.7.2 4.7.2 邊界層分離邊界層分離 當(dāng)物體繞彎曲表面流動(dòng)時(shí)，邊界層內(nèi)會(huì)伴當(dāng)物體繞彎曲表面流動(dòng)時(shí)，邊界層內(nèi)會(huì)伴隨產(chǎn)生壓差，邊界層因此可能會(huì)從某一位置開(kāi)隨產(chǎn)生壓差，邊界層因此可能會(huì)從某一位置開(kāi)始脫離物體表面，在物面附近出現(xiàn)回流現(xiàn)象，始脫離物體表面，