[工學]流體力學劉鶴年第六章(已修改)
2025-01-31 11:29 本頁面
【正文】 第 六 章 流動阻力 和水頭損失 第六章 流動阻力和水頭損失 167。 6— 1 流動阻力和水頭損失的分類 167。 6— 2 黏性流體的兩種流態(tài) 167。 6— 3 沿程水頭損失與剪應力的關系 167。 6— 4 圓管中的層流運動 167。 6— 5 紊流運動 167。 6— 6 紊流的沿程水頭損失 167。 6— 7 局部水頭損失 167。 6— 8 邊界層概念與繞流阻力 主要內(nèi)容 學習重點： ?掌握兩種流體運動型態(tài)，及沿程損失、 局部損失的計算方法，此部分應做到深 刻理解，熟練運用； ?熟悉圓管層流運動的規(guī)律、 紊流特征、 紊流時均化概念； ?理解沿程損失及局部損失的成因。 ?理解邊界層、繞流阻力概念及其工程應用。 研究內(nèi)容 : 恒定不可壓縮流體中的機械能損失。 流動阻力及其分類： 由于流體存在粘性（ 內(nèi) 因 ）及由固體邊壁 發(fā)生變化（ 外因 ）所產(chǎn)生的阻礙流體運動的力。 167。 6— 1 流動阻力和水頭損失的分類 一、水頭損失的分類 按固體邊壁情況的不同，分為： （ 1）沿程阻力 （ 2）局部阻力 —— 由流體粘性所產(chǎn)生的阻礙流體運動的力。 在邊壁沿程無變化（邊壁形狀、尺寸、過流方向均無變化）的均勻流流段上，產(chǎn)生的流動阻力。 —— 由固體邊壁發(fā)生改變所產(chǎn)生的阻礙流體運動的力。 在邊壁沿程急劇變化，流速分布發(fā)生變化的局部區(qū)段上（如管道入口、異徑管、彎管、三通、閥門等），集中產(chǎn)生的流動阻力。 水頭損失的分類： （ 2） 局部損失 hj （ 1）沿程損失 hf 總水頭 損失 hw —— 流體克服 沿程 阻力所損失掉的能量。 —— 流體克服 局部 阻力所損失掉的能量。 兩者不相互干擾時 hw = ∑hf + ∑ hj 注：沿程水頭損失均勻分布在整個流段上，與流段的長度成正比。 jcjbjaf c df b cf a bjfw hhhhhhhhh ???????? ???? ?? jfw pppww ghp ??總水頭損失： ff ghp ?? jj ghp ??壓強損失： 二、水頭損失的計算公式 —— 沿程損失 (長度損失、摩擦損失 ) gvdlhf 22?? ???????? ?22vdlpf ??達西 魏斯巴赫公式 λ —— 沿程阻力系數(shù) d —— 管徑 v —— 斷面平均流速 g —— 重力加速度 —— 局部損失 gvhj 22??ζ —— 局部阻力系數(shù) v —— ζ 對應的斷面平均速度 ???????? ?22vp j ??（ 2）紊流 —— 流體質(zhì)點在流動過程中發(fā)生相互混摻， 流體質(zhì)點的軌跡與其流向不平行。 167。 6— 2 黏性流體的兩種流態(tài) —— 流體質(zhì)點作規(guī)則運動，相互不干擾，流體 質(zhì)點的運動軌跡與流向平行。 （ 1）層流 一、雷諾實驗（ 1880 — 1883年） 實驗裝置 ： Q hf 11 22顏色水K 2K 1Lh fαβBDCAEV K1 V K2Lg h fLgV實驗方法： 使水流的速度分別 由小到大 由大到小 改變。 觀測現(xiàn)象，并測出相應的數(shù)值（ v、 hf ）。 實驗結果與分析： （ 1）實驗現(xiàn)象： 1 流速 v 由小 →大： 當 v vcr‘ 時， 玻璃管中的紅線消失； 2 流速 v 由大 →?。? 當 v vcr 時， 玻璃管中的紅線又重新出現(xiàn)。 vcr‘—— 上臨界流速 ； vcr—— 下臨界流速 。 （ 2）流態(tài)的劃分： vcr v vcr‘ v vcr v vcr‘ 層流； 紊流； 可為層流也可為湍流，保持原有流態(tài)。 （ 3） 流速 v 與沿程損失 hf 的關系 ： lg vcr‘ lg v lg hf lg vcr A B D C E 在雷諾實驗中， 測得多組 hf 與 v 的值，得到 v ～ hf 的對應關 系，在對數(shù)紙上 點繪出 v ～ hf 關系曲線 . 如圖所示。 k2=~2.0 k1= 1 當流速由小到大時 曲線沿 AEBCD 移動； 2 當流速由大到小時 曲線沿 DCEA 移動 lg vcr‘ lg v lg hf lg vcr A B D C E 分析： 1 AE 段： lg vcr‘ lg v lg hf lg vcr A B D C E 層流 v vcr ，為直線段， 直線的斜率 m1=， hf = kv. lg vcr‘ lg v lg hf lg vcr A B D C E 2 CD段： 紊流 v vcr‘，為直線段， hf = kv ～ m2=～ ， 直線的斜率 3 EC 段： vcr v vcr‘ ，為折線段。 屬 過渡區(qū) ，狀態(tài)取決于原流動狀態(tài)。 lg vcr‘ lg v lg hf lg vcr A B D C E 由于沿程 損失與流態(tài)有 關，故計算 hf 時， 應先判斷流體的 流動型態(tài)。 二、流態(tài)的判別標準 ? d v R cr ecr ? 臨界雷諾數(shù) Recr 下臨界雷諾數(shù) ? dvR crecr ? = 2 000 ~ 2300 圓管： 實驗發(fā)現(xiàn)： 上臨界流速 vcr‘不穩(wěn)定，受起始擾動的影響很大；下臨界流速 vcr穩(wěn)定，不受起始擾動的影響。 一般取 R
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