第四章流動阻力和水頭損失 ppt課件

1、第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失4.24.7：沿程水頭損失：沿程水頭損失：沿程水頭損失系數(shù)：沿程水頭損失系數(shù)22fL vhdg4.8：部分水頭損失：部分水頭損失：部分水頭損失系數(shù)：部分水頭損失系數(shù)22jvhg4.1：阻力產(chǎn)生緣由及分類：阻力產(chǎn)生緣由及分類wfjhhh章節(jié)構(gòu)造章節(jié)構(gòu)造3：伯努利方程阻力損失：伯努利方程阻力損失hw4.2： 與流態(tài)有關(guān)與流態(tài)有關(guān)4.3、 4.5：層流流態(tài)情形：層流流態(tài)情形4.4 、4.6、4.7 ：紊流流態(tài)情形：紊流流態(tài)情形第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失4.1 流動阻力產(chǎn)生的緣由

2、及分類一、阻力產(chǎn)生的緣由：一、阻力產(chǎn)生的緣由：外因：外因：斷面面積及幾何外形斷面面積及幾何外形管路長度管路長度管壁粗糙度管壁粗糙度內(nèi)因：內(nèi)因：運(yùn)動流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互摩擦，產(chǎn)生動量交換。運(yùn)動流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互摩擦，產(chǎn)生動量交換。運(yùn)動流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互碰撞，產(chǎn)生動量交換。運(yùn)動流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互碰撞，產(chǎn)生動量交換。掌握掌握第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失外因：外因：斷面面積及幾何外形斷面面積及幾何外形面積：面積：A濕周：濕周： 過流斷面上與流體相接觸的固體邊境的長度過流斷面上與流體相接觸的固體邊境的長度水力半徑：水力半徑： 斷面面積和濕周長度之比斷面面積和濕周長度之

3、比i 求求1圓管、圓管、2套管、套管、3矩形渠道的水力半徑：矩形渠道的水力半徑：/RA244dAdRdd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失外因：外因：斷面面積及幾何外形斷面面積及幾何外形面積：面積：A濕周：濕周： 過流斷面上與流體相接觸的固體邊境的長度過流斷面上與流體相接觸的固體邊境的長度水力半徑：水力半徑： 斷面面積和濕周長度之比斷面面積和濕周長度之比i 求求1圓管、圓管、2套管、套管、3矩形渠道的水力半徑：矩形渠道的水力半徑：/RADd22()4()4DdADdRDd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失外因：外因：斷面面積及幾何外形斷面面積及幾何外形面積：面積

4、：A濕周：濕周： 過流斷面上與流體相接觸的固體邊境的長度過流斷面上與流體相接觸的固體邊境的長度水力半徑：水力半徑： 斷面面積和濕周長度之比斷面面積和濕周長度之比i 求求1圓管、圓管、2套管、套管、3矩形渠道的水力半徑：矩形渠道的水力半徑：/RA2()abRabab第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失單獨(dú)的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的規(guī)范。單獨(dú)的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的規(guī)范。水力半徑可以單獨(dú)衡量管路水流阻力的大小。水力半徑與水流阻力呈水力半徑可以單獨(dú)衡量管路水流阻力的大小。水力半徑與水流阻力呈反比。即：水力半徑越大，阻力越小；水力半徑越小，阻力越大。反比。即

5、：水力半徑越大，阻力越小；水力半徑越小，阻力越大。i 如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。aa2a0.5a1.5a0.5a24Aaa25Aaa20.754Aaa4aR 5aR 316aR 第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失單獨(dú)的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的規(guī)范。單獨(dú)的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的規(guī)范。水力半徑可以單獨(dú)衡量管路水流阻力的大小。水力半徑與水流阻力呈水力半徑可以單獨(dú)衡量管路水流阻力的大小。水力半徑與水流阻力呈反比。即：水力半徑越大，阻力越小；水力半徑越小，阻力越大。反比。即：水

6、力半徑越大，阻力越??；水力半徑越小，阻力越大。i 如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。aa2a0.5a1.5a0.5a4aR 5aR 316aR 123fffhhh第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失管路長度管路長度 L水流阻力與管長成正比。水流阻力與管長成正比。管壁粗糙度管壁粗糙度絕對粗糙度絕對粗糙度壁面上粗糙突起的高度。壁面上粗糙突起的高度。平均粗糙度平均粗糙度壁面上粗糙顆粒的平均高度或突起高度的平均值。以壁面上粗糙顆粒的平均高度或突起高度的平均值。以表示。表示。相對粗糙度相對粗糙度/D ，管路絕對粗糙度

7、相對于管徑的無量綱比值。，管路絕對粗糙度相對于管徑的無量綱比值。普通而言，管路越粗糙，水流阻力越大。普通而言，管路越粗糙，水流阻力越大。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失內(nèi)因：內(nèi)因：經(jīng)過流動形狀察看實(shí)驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)管內(nèi)流速較小時，流體質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過流動形狀察看實(shí)驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)管內(nèi)流速較小時，流體質(zhì)點(diǎn)有序前進(jìn)，質(zhì)點(diǎn)之間以相互摩擦為主，部分妨礙處存在質(zhì)點(diǎn)碰撞；隨有序前進(jìn)，質(zhì)點(diǎn)之間以相互摩擦為主，部分妨礙處存在質(zhì)點(diǎn)碰撞；隨著管內(nèi)流速添加，流體質(zhì)點(diǎn)開場發(fā)生碰撞，最終幾乎以碰撞為主。著管內(nèi)流速添加，流體質(zhì)點(diǎn)開場發(fā)生碰撞，最終幾乎以碰撞為主。流體在流動中永遠(yuǎn)存在質(zhì)點(diǎn)的摩擦和撞擊景象，流體質(zhì)點(diǎn)由于

8、相流體在流動中永遠(yuǎn)存在質(zhì)點(diǎn)的摩擦和撞擊景象，流體質(zhì)點(diǎn)由于相互摩擦所表現(xiàn)出的粘性，以及質(zhì)點(diǎn)撞擊引起速度變化所表現(xiàn)出的慣性，互摩擦所表現(xiàn)出的粘性，以及質(zhì)點(diǎn)撞擊引起速度變化所表現(xiàn)出的慣性，才是流動阻力產(chǎn)生的根本緣由。才是流動阻力產(chǎn)生的根本緣由。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失二、流動阻力及水頭損失的分類：二、流動阻力及水頭損失的分類：根據(jù)阻力產(chǎn)生的外部條件的不同，可將流動阻力分為：根據(jù)阻力產(chǎn)生的外部條件的不同，可將流動阻力分為：沿程阻力：粘性呵斥的摩擦阻力和慣性呵斥的能量耗費(fèi)，是沿程阻力：粘性呵斥的摩擦阻力和慣性呵斥的能量耗費(fèi)，是液流沿流程直管段上所產(chǎn)生的阻力。液流沿流程直管段上所

9、產(chǎn)生的阻力。部分阻力：液流中流速重新分布，旋渦中粘性力做功和質(zhì)點(diǎn)部分阻力：液流中流速重新分布，旋渦中粘性力做功和質(zhì)點(diǎn)碰撞產(chǎn)生動量交換，是液流經(jīng)過管路進(jìn)口、出口、大小頭、碰撞產(chǎn)生動量交換，是液流經(jīng)過管路進(jìn)口、出口、大小頭、彎頭、閘門、過濾器等部分管件時產(chǎn)生的阻力。彎頭、閘門、過濾器等部分管件時產(chǎn)生的阻力。與之相對應(yīng)，管路總水頭損失可寫為：與之相對應(yīng)，管路總水頭損失可寫為：沿程水頭損失沿程水頭損失hfhf：液流因抑制沿程阻力而產(chǎn)生的水頭損失。：液流因抑制沿程阻力而產(chǎn)生的水頭損失。部分水頭損失部分水頭損失hjhj：液流因抑制部分阻力而產(chǎn)生的水頭損失。：液流因抑制部分阻力而產(chǎn)生的水頭損失。wfjhhh

10、第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失4.2 兩種流態(tài)及其轉(zhuǎn)化規(guī)范掌握掌握水流因流速的不同，有兩種不同的流態(tài)水流因流速的不同，有兩種不同的流態(tài)層流、紊流。由此導(dǎo)致流層流、紊流。由此導(dǎo)致流體在流動過程中：體在流動過程中：斷面速度分布規(guī)律不同斷面速度分布規(guī)律不同阻力損失規(guī)律不同阻力損失規(guī)律不同因此，要討論水流流動時的速度分布及阻力損失規(guī)律，必需首先對水因此，要討論水流流動時的速度分布及阻力損失規(guī)律，必需首先對水流流態(tài)有所認(rèn)識并加以判別流流態(tài)有所認(rèn)識并加以判別雷諾雷諾Reynolds實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1：當(dāng)流速較小時，各流層流

11、體質(zhì)點(diǎn)相互平行前進(jìn)，質(zhì)點(diǎn)間互不干當(dāng)流速較小時，各流層流體質(zhì)點(diǎn)相互平行前進(jìn)，質(zhì)點(diǎn)間互不干擾，沒有橫向位置的交換。流動形狀主要表現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)摩擦擾，沒有橫向位置的交換。流動形狀主要表現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)摩擦層流流層流流態(tài)。態(tài)。一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)：雷諾一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)：雷諾ReynoldsReynolds實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1883年，雷諾年，雷諾Reynolds經(jīng)過實(shí)驗(yàn)提示了不同流態(tài)的流動本質(zhì)。實(shí)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)提示了不同流態(tài)的流動本質(zhì)。實(shí)驗(yàn)安裝如下圖。驗(yàn)安裝如下圖。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 2：當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動中有橫向位置的交換，各流層當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動中有橫向

12、位置的交換，各流層之間質(zhì)點(diǎn)相互混摻、相互碰撞、雜亂無章的向前運(yùn)動之間質(zhì)點(diǎn)相互混摻、相互碰撞、雜亂無章的向前運(yùn)動紊流流態(tài)。紊流流態(tài)。一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)：雷諾一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)：雷諾ReynoldsReynolds實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1883年，雷諾年，雷諾Reynolds經(jīng)過實(shí)驗(yàn)提示了不同流態(tài)的流動本質(zhì)。實(shí)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)提示了不同流態(tài)的流動本質(zhì)。實(shí)驗(yàn)安裝如下圖。驗(yàn)安裝如下圖。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 3：層流到紊流的中間過渡形狀稱為臨界形狀。層流到紊流的中間過渡形狀稱為臨界形狀。一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)：雷諾一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實(shí)驗(yàn)：雷諾ReynoldsReynolds實(shí)驗(yàn)實(shí)

13、驗(yàn)1883年，雷諾年，雷諾Reynolds經(jīng)過實(shí)驗(yàn)提示了不同流態(tài)的流動本質(zhì)。實(shí)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)提示了不同流態(tài)的流動本質(zhì)。實(shí)驗(yàn)安裝如下圖。驗(yàn)安裝如下圖。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失方法一：臨界流速方法一：臨界流速vc上臨界流速、上臨界流速、 vc下臨界流速下臨界流速由零流速逐漸加大流速，使水流從層流過渡至紊流，其臨界形狀下的流由零流速逐漸加大流速，使水流從層流過渡至紊流，其臨界形狀下的流速即為速即為vc上臨界流速；同理，由紊流逐漸減小流速，使水流從上臨界流速；同理，由紊流逐漸減小流速，使水流從紊流過渡至層流，其臨界形狀下的流速即為紊流過渡至層流，其臨界形狀下的流速即為vc下臨界流速

14、。下臨界流速。上臨界流速與下臨界流速并不相等，有：上臨界流速與下臨界流速并不相等，有： vcRec必要條件必要條件第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失為什么為什么RecRecRecRec，且數(shù)值不穩(wěn)定？，且數(shù)值不穩(wěn)定？對于流速逐漸加大，層流對于流速逐漸加大，層流紊流的正過程。層流構(gòu)成紊流的紊流的正過程。層流構(gòu)成紊流的先決條件是渦體的構(gòu)成，必要條件是先決條件是渦體的構(gòu)成，必要條件是ReRec。假設(shè)流動外部環(huán)。假設(shè)流動外部環(huán)境非常平穩(wěn)，沒有外部擾動。即使境非常平穩(wěn)，沒有外部擾動。即使ReRec，渦體沒有構(gòu)成，流，渦體沒有構(gòu)成，流態(tài)仍能夠繼續(xù)堅(jiān)持層流。一旦遇到外部擾動，渦體構(gòu)成，流態(tài)態(tài)

15、仍能夠繼續(xù)堅(jiān)持層流。一旦遇到外部擾動，渦體構(gòu)成，流態(tài)即轉(zhuǎn)化為紊流。此時的臨界值為即轉(zhuǎn)化為紊流。此時的臨界值為Rec。因此：。因此： Rec Rec 。而。而且，受外界干擾的影響，且，受外界干擾的影響，Rec數(shù)值不穩(wěn)定。數(shù)值不穩(wěn)定。對于流速減小，紊流對于流速減小，紊流層流的逆過程。紊流本身存在渦體。層流的逆過程。紊流本身存在渦體。隨著隨著Re的減小，當(dāng)?shù)臏p小，當(dāng)Rel 時，管壁粗糙度時，管壁粗糙度對紊流中心區(qū)的對紊流中心區(qū)的流動幾乎沒有影響，流體像是在由粘性底層構(gòu)成的光滑管路中流流動幾乎沒有影響，流體像是在由粘性底層構(gòu)成的光滑管路中流動。動。對流動阻力的影響不計(jì)，稱為水力光滑。對流動阻力的影響不

16、計(jì)，稱為水力光滑。ll紊流中心區(qū)紊流中心區(qū)層流底層區(qū)層流底層區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失 水力粗糙管水力粗糙管當(dāng)當(dāng)l l 時，管壁粗糙度時，管壁粗糙度暴露于紊流中心暴露于紊流中心區(qū)內(nèi)，粗糙度導(dǎo)致流體質(zhì)點(diǎn)之間碰撞、產(chǎn)生旋渦，添加了能量損區(qū)內(nèi)，粗糙度導(dǎo)致流體質(zhì)點(diǎn)之間碰撞、產(chǎn)生旋渦，添加了能量損失。失。對流動阻力有很大影響，稱為水力粗糙。對流動阻力有很大影響，稱為水力粗糙。ll層流底層區(qū)層流底層區(qū)紊流中心區(qū)紊流中心區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失說說 明：明：水力光滑和水力粗糙是相對而言。隨著水力光滑和水力粗糙是相對而言。隨著v v添加，添加，ReRe添加

17、，粘性底層厚添加，粘性底層厚度不斷減小，管路能夠由水力光滑轉(zhuǎn)變?yōu)樗Υ植?。度不斷減小，管路能夠由水力光滑轉(zhuǎn)變?yōu)樗Υ植?。幾何粗糙度是絕對的，水力粗糙是相對的。常用管路的幾何粗糙度幾何粗糙度是絕對的，水力粗糙是相對的。常用管路的幾何粗糙度可查表可查表4-64-6PagePage：124124。混合摩擦介于水力光滑和水力粗糙之間。混合摩擦介于水力光滑和水力粗糙之間。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失紊流中的切應(yīng)力仍滿足紊流中的切應(yīng)力仍滿足“K型分布。其中包括粘性切應(yīng)力和附加切型分布。其中包括粘性切應(yīng)力和附加切應(yīng)力兩部分。在粘性底層附近，粘性切應(yīng)力占主導(dǎo)作用；在紊流中應(yīng)力兩部分。在粘

18、性底層附近，粘性切應(yīng)力占主導(dǎo)作用；在紊流中心區(qū)，紊流附加切應(yīng)力占主導(dǎo)作用。心區(qū)，紊流附加切應(yīng)力占主導(dǎo)作用。五、紊流切應(yīng)力分布五、紊流切應(yīng)力分布012xyduu udy 粘性切應(yīng)力是由流體分子運(yùn)動粘性切應(yīng)力是由流體分子運(yùn)動呵斥的，由牛頓內(nèi)摩擦定律確呵斥的，由牛頓內(nèi)摩擦定律確定；定；附加切應(yīng)力雷諾應(yīng)力是由附加切應(yīng)力雷諾應(yīng)力是由于流體質(zhì)點(diǎn)混雜，產(chǎn)生動量交于流體質(zhì)點(diǎn)混雜，產(chǎn)生動量交換和能量耗費(fèi)而產(chǎn)生的，基于換和能量耗費(fèi)而產(chǎn)生的，基于混合長實(shí)際給出計(jì)算公式。混合長實(shí)際給出計(jì)算公式。dudyxyu u 第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失尼古拉茲閱歷公式尼古拉茲閱歷公式水力光滑管內(nèi)完全開展紊

19、流的速度分布：水力光滑管內(nèi)完全開展紊流的速度分布：粘性底層粘性底層速度線性分布速度線性分布過渡區(qū)過渡區(qū)對數(shù)分布對數(shù)分布紊流中心區(qū)紊流中心區(qū)對數(shù)分布對數(shù)分布水力粗糙管內(nèi)完全開展紊流的速度分布：水力粗糙管內(nèi)完全開展紊流的速度分布：紊流中心區(qū)紊流中心區(qū)對數(shù)分布對數(shù)分布指數(shù)分布閱歷公式指數(shù)分布閱歷公式六、紊流速度分布六、紊流速度分布*xuyuy*1lnxuyCuKy*5 ln3.05xuyuy*2.5ln8.5xuyunmyuur第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失Re2000Re2000Re=104Re=104紊流流速分布的特點(diǎn)紊流流速分布的特點(diǎn)均勻化均勻化在紊流形狀下，各流層之間的質(zhì)

20、點(diǎn)動量交換頻繁，速度相互關(guān)在紊流形狀下，各流層之間的質(zhì)點(diǎn)動量交換頻繁，速度相互關(guān)擾，導(dǎo)致流速分布趨于均勻化。例如：對于圓管管流，在層流流態(tài)下，擾，導(dǎo)致流速分布趨于均勻化。例如：對于圓管管流，在層流流態(tài)下，速度滿足旋轉(zhuǎn)拋物面分布，而紊流形狀下速度滿足對數(shù)分布，如圖。速度滿足旋轉(zhuǎn)拋物面分布，而紊流形狀下速度滿足對數(shù)分布，如圖。而且，隨著雷諾數(shù)的添加，速度分布均勻化的程度越高。而且，隨著雷諾數(shù)的添加，速度分布均勻化的程度越高。Re=106Re=106第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失一、圓管沿程水頭損失計(jì)算通式一、圓管沿程水頭損失計(jì)算通式達(dá)西公式達(dá)西公式 由于紊流運(yùn)動的復(fù)雜性，水力摩

21、阻系數(shù)的計(jì)算無準(zhǔn)確公式，由于紊流運(yùn)動的復(fù)雜性，水力摩阻系數(shù)的計(jì)算無準(zhǔn)確公式，它的計(jì)算普通借助于閱歷公式。它的計(jì)算普通借助于閱歷公式。4.7 圓管紊流沿程水力摩阻的實(shí)驗(yàn)分析22fL vhdg2Re,fd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失二、計(jì)算沿程水力摩阻系數(shù)二、計(jì)算沿程水力摩阻系數(shù)的閱歷公式的閱歷公式確定確定 的實(shí)驗(yàn)方法分兩步：的實(shí)驗(yàn)方法分兩步：選定某一程度管道，即選定某一程度管道，即 /d /d已定，作已定，作Re Re 關(guān)系曲線；關(guān)系曲線；變換管道，即改動變換管道，即改動/d/d的值，反復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。的值，反復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：繪制對應(yīng)于不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：繪制對應(yīng)于不同的/d

22、/d值的值的Re Re 關(guān)系曲線，即關(guān)系曲線，即得莫迪圖。另有：尼古拉茲、伊薩耶夫等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。得莫迪圖。另有：尼古拉茲、伊薩耶夫等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。2Re,fd2222fh dgpdgL vL vRe,vd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失ddd莫迪圖光滑管區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)混合摩擦區(qū)水力粗糙區(qū)層流區(qū)abcdfg第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失尼古拉茲圖光滑管區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)混合摩擦區(qū)水力粗糙區(qū)層流區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析曲線分析曲線分析ab段：層流區(qū)段：層流區(qū) 。Re2000，各條曲線點(diǎn)重合，各條曲線點(diǎn)重合，

23、 值與相對粗糙度值與相對粗糙度無關(guān)。此時：無關(guān)。此時： 。bc段：層流向紊流過渡區(qū)，段：層流向紊流過渡區(qū)， 變化規(guī)律不明顯，無可用公式。變化規(guī)律不明顯，無可用公式。cd段：接近直線，斜率為段：接近直線，斜率為(1/4)，即，即與與 Re0.25 成反比。成反比。與相對與相對粗糙度無關(guān)，稱為水力光滑區(qū)。當(dāng)粗糙度無關(guān)，稱為水力光滑區(qū)。當(dāng) 時，有：時，有：64ReRef掌握掌握8 759.73000Re0.250.3164Re伯拉休斯公式伯拉休斯公式第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失fg 左方：混合摩擦區(qū)。因左方：混合摩擦區(qū)。因 與與Re 和和/d 都有關(guān)，判別公式為：當(dāng)都有關(guān)，判別

24、公式為：當(dāng) 時，其中時，其中: ， 有：有：fg 右方：水力粗糙區(qū)。因右方：水力粗糙區(qū)。因 與與Re 無關(guān)，而只和無關(guān)，而只和/d 有關(guān)，判別公有關(guān)，判別公式：當(dāng)式：當(dāng) 時，有：時，有：8 759.7665765lgRe2d665765lgRe1.1116.81.8lgRe3.7d伊薩耶夫公式伊薩耶夫公式213.72lgd尼古拉茲公式尼古拉茲公式第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失流態(tài)流態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式影響因素影響因素水頭損失水頭損失層流層流Re2000與與Re有關(guān)有關(guān)與與/d無關(guān)無關(guān)過渡區(qū)過渡區(qū)20003000與與Re有關(guān)有關(guān)與與/d無關(guān)無關(guān)混合混合摩擦摩擦與

25、與Re、/d均有關(guān)均有關(guān)水力水力粗糙粗糙與與/d 有關(guān)有關(guān)與與Re無關(guān)無關(guān)RefRefRe,fdfd1fhv1.75fhv1.75 2fhv2fhv第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失問題問題2 2：兩根管道，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑，長度，邊境粗糙度均相等，兩根管道，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑，長度，邊境粗糙度均相等，運(yùn)動粘度油運(yùn)動粘度油水時，假設(shè)兩管的雷諾數(shù)相等，問沿程水頭損失的關(guān)系如水時，假設(shè)兩管的雷諾數(shù)相等，問沿程水頭損失的關(guān)系如何？何？ 答：答： hf油油hf水水 。滿足雷諾數(shù)相等，那么有速度油。滿足雷諾數(shù)相等，那么有速度油水，沿程損失油水，沿程損失油水。水。問題問題

26、1 1：有兩根管道保送流量一樣，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑、長度、邊境有兩根管道保送流量一樣，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑、長度、邊境粗糙度均相等時，沿程水頭損失必然相等。粗糙度均相等時，沿程水頭損失必然相等。 判別一下！判別一下！答：錯。只需當(dāng)管流處于水力粗糙區(qū)時滿足相等，沿程損失僅與答：錯。只需當(dāng)管流處于水力粗糙區(qū)時滿足相等，沿程損失僅與/d 有關(guān)，有關(guān)，與與Re無關(guān)。無關(guān)。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失三、計(jì)算沿程水力摩阻三、計(jì)算沿程水力摩阻hfhf的步驟的步驟知：知：QQ、d d、L L、，計(jì)算，計(jì)算hf hf 。ReRe計(jì)算：計(jì)算：判別流態(tài)，確定判別流態(tài)，確定計(jì)算公

27、式：層流、紊流計(jì)算公式：層流、紊流水力光滑、混水力光滑、混合摩擦、水力粗糙合摩擦、水力粗糙根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算 ：Revdvd22fL vhdg第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失四、非圓管的水力摩阻計(jì)算四、非圓管的水力摩阻計(jì)算方法：把非圓管等效成圓管來計(jì)算方法：把非圓管等效成圓管來計(jì)算原那么：水力半徑相等，阻力一樣原那么：水力半徑相等，阻力一樣達(dá)西公式為：達(dá)西公式為：44AddR當(dāng)當(dāng)為當(dāng)量直徑：22flvhdg當(dāng)2Re,Revdfdd當(dāng)當(dāng)以及代入求得第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失知知: d200mm , l3000m 的舊無縫鋼管的舊無縫鋼管,

28、900 kg/m3, Qm90T/h, 運(yùn)運(yùn)動粘性系數(shù)動粘性系數(shù)在冬天為在冬天為1.092 10-4 m2/s , 夏天為夏天為0.355 10-4 m2/s 。求：冬天和夏天的沿程損失求：冬天和夏天的沿程損失hf 。解：解：3240.02778/,0.885/mQQQmsvmsd141221110.8850.2Re161920001.092 106423.62Re2fvdl vl vhmdgdg冬天：層流油柱第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失查表：粗糙度查表：粗糙度=0.2mm, /d=0.001或者可查莫迪圖得或者可查莫迪圖得2=0.0385。因此：因此：2420.885

29、0.2Re498030000.355 10vd夏天：紊流22220.03823.022fl vl vhmdgdg油柱20.2520.31640.038Re28 78 759.759.772528, 3000Re,屬于水力光滑區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失一、部分水頭損失計(jì)算通式一、部分水頭損失計(jì)算通式 也可表示成為：也可表示成為： 其中：其中：為部分水力摩阻系數(shù)。為部分水力摩阻系數(shù)。v取為部分安裝后的流速特取為部分安裝后的流速特例。例。l當(dāng)當(dāng) 稱為當(dāng)量長度稱為當(dāng)量長度 ：hj相當(dāng)于相當(dāng)于l當(dāng)長度的等徑管產(chǎn)生的沿程水當(dāng)長度的等徑管產(chǎn)生的沿程水頭損失頭損失hf。 由部分水力摩

30、阻系數(shù)確定由部分水力摩阻系數(shù)確定l當(dāng)?shù)闹?。?dāng)?shù)闹怠?.8 部分水頭損失22jvhg22jlvhdg當(dāng)掌握掌握ld當(dāng)dl當(dāng)?shù)谒恼碌谒恼?流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失二、二、 查表闡明查表闡明表表48適用于輸油管道的紊流計(jì)算。由表適用于輸油管道的紊流計(jì)算。由表48查的查的 是在是在 的情況下測定的，那么普通情況下要進(jìn)展如下轉(zhuǎn)換：的情況下測定的，那么普通情況下要進(jìn)展如下轉(zhuǎn)換：層流情況下，需對所查的層流情況下，需對所查的 修正：修正： 。修正系。修正系數(shù)數(shù) 與與Re有關(guān)，見表有關(guān)，見表49。 對于輸水管路水力計(jì)算，部分水力摩阻系數(shù)對于輸水管路水力計(jì)算，部分水力摩阻系數(shù) 查附錄查附錄IIP295

31、。 000.02200.0220Re0Re第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失三、忽然擴(kuò)展三、忽然擴(kuò)展(收縮收縮)管水頭損失的實(shí)際分析管水頭損失的實(shí)際分析問題：知問題：知Q，A1，v1， A2，v2求：求：hj？解：取解：取1、2斷面列方程：斷面列方程：取取1、2為控制面，列動量方程：為控制面，列動量方程：221212122jppvvhzzg11212212221()p Ap AAp AppAQ vvhj1 1v12 2p2 /A1p1 /v2A2第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失即有：即有：聯(lián)立解得：部分水頭損失的計(jì)算公式：聯(lián)立解得：部分水頭損失的計(jì)算公式：22

32、22211212022jvvvvvvvhggg22221211112222222211222122jvvAvvhgAggAvvAgg包達(dá)公式包達(dá)公式22112212vvvppQvvA gg第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失知：知：l11.5m， D100mm，l28m， d80mm，0.015求：求：hw？Q？解：查表求解：查表求保險活門出口：保險活門出口： 大小頭大小頭彎頭：彎頭： 透明過濾器：透明過濾器： 閘門：閘門：010.90031.3041.7050.4第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失由：由：其中：其中：且由延續(xù)性方程：且由延續(xù)性方程：取取0、2斷面列伯努利方程，有：斷面列伯努利方程，有：聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：22222122010304052130.022220.0222jvvvdhgDgg22112222fl vl vhDgdgwjfhhh2211221221Adv Av AvvvAD22500302wvh