《工程流体力学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 流体阻力和水头损失

米第四章流体阻力和水头损失 第一节液流阻力产生的原因和水头损失的分类 基本概念 1、湿周:管子断面上流体与固体壁接触的边界周长 以 表示 2、水力半径:断面面积和湿周之比,R x 2 圆环流 明渠流

第四章 流体阻力和水头损失 第一节 液流阻力产生的原因和水头损失的分类 一、基本概念 1、湿周：管子断面上流体与固体壁接触的边界周长。 以 表示。 2、水力半径：断面面积和湿周之比， 。   R = A  R = A 圆环流 明渠流

圆管: R 方管:R=a 4a4 圆环流:0-)(o明渠流: R 丌(D+d 4 2a4 3、绝对粗糙度:壁面上粗糙突起的高度 4、平均粗糙度:壁面上粗糙颗粒的平均高度或突起高度 的平均值。以Δ表示。 5、相对粗糙度:△/D(D——管径)

3、绝对粗糙度：壁面上粗糙突起的高度。 4、平均粗糙度：壁面上粗糙颗粒的平均高度或突起高度 的平均值。以Δ表示。 5、相对粗糙度：Δ/D （D —— 管径）。 ( ) ( ) ( ) 4 4 2 2 D d D d D d R − = + − =   2 4 2 1 2 a a a R = = 4 4 2 d d d R = =   4 4 2 a a a 圆管： 方管： R = = 圆环流： 明渠流：

阻力产生的原因 1、外因 (a)管子的几何形状与几何尺寸。 Ba 2a 2 湿周:x1=4a 5 4a 实验结论:阻力1 阻力2 阻力3 水力半径R,与阻力成反比:R↑阻力↓ (b)与管壁的粗糙度有关: △↑阻力↑ (c)与管长有关: L↑阻力↑

二、阻力产生的原因 1、外因 （a）管子的几何形状与几何尺寸。 实验结论： 阻力1 < 阻力2 < 阻力3 湿周： 1 = 4a  2 = 5a  3 = 4a 水力半径R，与阻力成反比： R↑ 阻力↓ （b）与管壁的粗糙度有关： Δ↑ 阻力↑ （c）与管长有关： L↑ 阻力↑

2、内因 流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象,流体质 点由于相互摩擦所表现出的粘性,以及质点撞击引起速度变 化所表现出的惯性,才是流动阻力产生的根本原因。 沿程阻力:粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗。 局部阻力:液流中流速重新分布,旋涡中粘性力做功和 质点碰撞产生动量交换

2、内因 流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，流体质 点由于相互摩擦所表现出的粘性，以及质点撞击引起速度变 化所表现出的惯性，才是流动阻力产生的根本原因。 沿程阻力：粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗。 局部阻力：液流中流速重新分布，旋涡中粘性力做功和 质点碰撞产生动量交换

阻力的分类 hil d1.L1 hj2 d2.L2 hi3 d3.L3 h14 一米 米 hf1 1、沿程阻力与沿程水头损失 (1)沿程阻力:沿着管路直管段所产生的阻力 (管路直径不变,计算公式不变) (2)沿程水头损失:克服沿程阻力所消耗的能量。 ∑hf=hf1+hf2+hf3

三、阻力的分类 1、沿程阻力与沿程水头损失 (1) 沿程阻力：沿着管路直管段所产生的阻力。 （管路直径不变，计算公式不变） (2) 沿程水头损失：克服沿程阻力所消耗的能量。 ∑hf ＝ hf1 + hf2 + hf3

hj1 d1,L1 h]2a2,L2 h 米 hf2 hf3 局部阻力与局部阻力损失 (1)局部阻力:液流流经局部装置时所产生的阻力。 2)局部水头损失:∑hj=hj1+hj2+hj3 3、总水头损失:hw=∑hf+∑hj

2、局部阻力与局部阻力损失 (1) 局部阻力：液流流经局部装置时所产生的阻力。 (2) 局部水头损失：∑hj ＝ hj1 + hj2 + hj3 3、总水头损失：hw ＝ ∑hf + ∑hj

米第二节两种流态及转化标准 流动状态——雷诺实验 1、层流 质点是直线运动 hw 管内流速较低,看到管内有 条很直的有色水线。有色水线 呈直线形状,非常稳定,这表明 管内水的流动都是沿着轴向,流 体质点没有横向运动,不相互掺 混,从管中心开始向管壁延伸流 动是一层一层的,这种流动称为 3了:了 层流

第二节 两种流态及转化标准 一、流动状态 —— 雷诺实验 1、层流 —— 质点是直线运动 管内流速较低，看到管内有 一条很直的有色水线。有色水线 呈直线形状，非常稳定，这表明 管内水的流动都是沿着轴向，流 体质点没有横向运动，不相互掺 混，从管中心开始向管壁延伸流 动是一层一层的，这种流动称为 层流

渡区——质点是曲线运动(临界状态) 将管出口阀门逐渐开打,发现有色水线开始抖动,直线 变为弯曲线。这说明管内一层层的流动受到扰动,流体质点 开始横向运动,直线尽管变得有弯曲形状,但仍在管中心部 位。这是一种过渡状态 3、紊流 质点是无规则运动 把圆管出口阀门继续开大,流量增加,管内有色水线的 完整形状消失,流动变得杂乱无章。这说明管内流体质点有 剧烈的横向运动,互相撞击掺混,流体质点不仅沿轴向而且 在纵向也有不规则的脉动,这种流动状态称为紊流

2、过渡区 —— 质点是曲线运动（临界状态） 将管出口阀门逐渐开打，发现有色水线开始抖动，直线 变为弯曲线。这说明管内一层层的流动受到扰动，流体质点 开始横向运动，直线尽管变得有弯曲形状，但仍在管中心部 位。这是一种过渡状态。 3、紊流 —— 质点是无规则运动 把圆管出口阀门继续开大，流量增加，管内有色水线的 完整形状消失，流动变得杂乱无章。这说明管内流体质点有 剧烈的横向运动，互相撞击掺混，流体质点不仅沿轴向而且 在纵向也有不规则的脉动，这种流动状态称为紊流

米沿程水头损失与流速的关系 实验方法:在实验管路A、B两点装测压管测压降, 用实测流量求流速。 P1 p2 y 实验数据处理:把实验点描在双对数坐标纸上 lg h=lg K+lgk 6=60° (1)层流时,m=1,0=45° 6=45 h= KIm (2)紊流时,m=1.75~2,0=60° lg v

二、沿程水头损失与流速的关系 实验方法：在实验管路A、B两点装测压管测压降， 用实测流量求流速。 实验数据处理：把实验点描在双对数坐标纸上 （1）层流时，m = 1，θ＝ 45° （2）紊流时，m = 1.75～2，θ＝ 60° ( )  p1 p2 hf − = lg hf = lg K + mlgV

判别流动状态的标准Re 1、流体的层流和湍流流动状态与流体的性质即密度和 动力粘度有关,还与管道的特征尺寸(这里是管内径D)和 流动的特征速度(这里是流体的平均速度V)有关 雷诺数:用Re表示,对于圆管,雷诺数/ Re old vd 2、Re的物理意义:作用在质点上的惯性力与粘性力 的比值。 工程上一般取:Re临=2000 当Re≤200时,为层流 当Re>2000时,为紊流

三、判别流动状态的标准 Re 1、流体的层流和湍流流动状态与流体的性质即密度和 动力粘度有关，还与管道的特征尺寸（这里是管内径D）和 流动的特征速度（这里是流体的平均速度V）有关。 雷诺数：用Re表示，对于圆管，雷诺数 2、Re 的物理意义：作用在质点上的惯性力与粘性力 的比值。   Vd Vd Re = = 当 Re ≤ 2000时，为层流 当 Re ＞ 2000时，为紊流 工程上一般取：Re临 ＝ 2000