[工學(xué)]第四章液流型態(tài)、水流阻力和水頭損失-展示頁
2025-02-26 12:02本頁面
【正文】 水利半徑定義有壓管流的雷諾數(shù)，則有壓管流的臨界雷諾數(shù)是多少？ 答案 ： Rec=500 例 41 有一圓形水管 ， 其直徑 d為 100mm， 管中水流的平均流速 v為 ， 水溫為 100C， 試判別管中水流的型態(tài) 。 管流的臨界雷諾數(shù)為 2022 對圓管非滿流，明渠流，河道等有自由液面的無壓流，同樣存在兩種型態(tài)，也同樣用臨界雷諾數(shù)來進(jìn)行流態(tài)判別。 （ 2）流態(tài)的判別 雷諾數(shù)表針運動流體質(zhì)點所受的 慣性力和粘性力 的比值。 當(dāng)液體流動的雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)時，流動為 紊流 。 比如，對于有壓圓管流動，可以使用 雷諾數(shù) 作為判據(jù)。 若能找到一個判據(jù)，它代表了同一類型流動的層流和紊流的分界線，則能帶來極大的方便。主要是因為對不同流動條件下的同種類型的流動，臨界流速不同。 6 3 2 5 39。 221 1 1 2 2 212 22 wp v p vz z hg g g g????? ? ? ? ? ?1212wfpph h z zgg??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?測出不同流速及相對應(yīng)的沿程損失，并表示在對數(shù)坐標(biāo)系中，有 lgv lghf O 流速由小至大 流速由大至小 cv cv?θ1 θ2 1 .0,cfv v h v??1 . 7 5 2 . 039。 雷諾試驗 根據(jù)伯努利方程， 對均勻流和漸變流，兩過水?dāng)嗝娴钠骄魉傧嗟取? 因此，一般以下臨界流速為層流和紊流的分界流速。流態(tài)轉(zhuǎn)變點的流速稱為下臨界流速，用 vc表示。 由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r的流速稱為上臨界流速，用 vc’表示。 當(dāng)流速較小時，各流層的液體質(zhì)點是有條不紊地運動，互不摻混的，這種型態(tài)的流動叫做 層流 。 在急變流處，因為局部損失，導(dǎo)致液體的總機械能突然下降，因此總水頭線有突變。 從水流分類的角度來說， 沿程損失 可以理解為 均勻流和漸變流 情況下的水頭損失，而 局部損失 則可理解為 急變流 情況下的水頭損失。 局部水頭損失 hj： 當(dāng)液體運動時，由于局部邊界形狀和大小的改變、或存在局部障礙，液體產(chǎn)生漩渦，使得液體在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生了較大的能量損失，這種能量損失稱作局部水頭損失。主要內(nèi)容： 水流阻力和水頭損失分類 液體運動的兩種流態(tài) 圓管中的層流運動及其沿程水頭損失的計算 紊流特征 、圓管中的紊流 圓管有壓管流的 沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 繞流阻力及升力 局部水頭損失 均勻流基本方程及其沿程損失的計算 粘滯性 相對運動 dudy物理性質(zhì) —— 固體邊界 —— 產(chǎn)生水流阻力 損耗機械能 hw 水流阻力及水頭損失分類 問題 ：實際液體和理想液體有什么區(qū)別？ 產(chǎn)生水流阻力及水頭損失的原因： 水頭損失 ：單位重量的液體自某一過水?dāng)嗝媪鞯搅硪贿^水?dāng)嗝嫠鶕p失的機械能。 水頭損失的分類 沿程水頭損失 hf 某一流段的總水頭損失： w f jh h h????各分段的沿程水頭損失的總和 各種局部水頭損失的總和 局部水頭損失 hj 水流阻力及水頭損失分類 沿程水頭損失 hf： 流動邊界沿程不變或變化緩慢時，單位重量液體從一個斷面流至另一個斷面時的機械能損失，稱為沿程水頭損失。 沿程水頭損失隨沿程長度增加而增加。 理想液體 流線 實際液體 流線 流速分布 流速分布 無損失 沿程損失 沿程損失 局部損失 沿程損失 常見的發(fā)生局部水頭損失的情況 在均勻流和漸變流段，因為沿程損失，導(dǎo)致液體的總機械能逐漸下降，因此總水頭線為斜直線。 出口閥門縮小擴大進(jìn)口 jjjjjjfffffhhhhhhhhhhh????????? 4321 實際液體運動的兩種型態(tài)（流態(tài)） （ 1）雷諾實驗 流速較小時： 流速增大到一定程度后： 流速繼續(xù)增大到一定程度后： 雷諾試驗 —— 揭示了水流運動具有兩種流態(tài)。 當(dāng)流速較大時，各流層的液體質(zhì)點形成漩渦，在流動過程中，互相混摻，這種型態(tài)的流動叫做 紊流（湍流） 。 如果將紊流的流速慢慢降低，則當(dāng)流速減小到一定值時，流動變成層流。 上臨界流速和下臨界流速一般是不同的，并且 vcvc’； 若進(jìn)行多次實驗，則會發(fā)現(xiàn)各次實驗測得的下臨界流速基本相等，但上臨界流速容易受實驗過程的影響而不穩(wěn)定。 紊流中液體質(zhì)點的速度隨時間無規(guī)則地隨機變化。因此，有 可見：沿程損失即為兩斷面的測壓管水頭差。,cfv v h v??1 45? ?2 6 0 1 5 39。? ?統(tǒng)一寫為 l g l g l g mffh k m v h k v? ? ? 或 者 111 . 0 , fm h k v??層 流 時 ：2 2 5 ,fmh k v??紊 流 時 ：（ 2）流態(tài)的判別 根據(jù)流速是否達(dá)到臨界流速來判別流動的形態(tài)雖然直觀，卻不方便。比如，對不同直徑的有壓管流，大管的臨界流速就比小管的小。 通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，這樣一個判據(jù)是有可能找到的。 Re vd??圓管直徑 平均流速 液體運動粘性系數(shù) 臨界雷諾數(shù)： Re cc vd??當(dāng)液體流動的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，流動為 層流 。 則對有壓管流，無論管的直徑有多大，也不管管中液體是水還是空氣，只要流動雷諾數(shù)大于 2022，則為紊流，若流動雷諾數(shù)小于2022，則為層流。 對同類型的流動，臨界雷諾數(shù)是常數(shù)。只不過對這類無壓流，雷諾數(shù)定義為 Re vR??水力半徑 平均流速 液體運動粘性系數(shù) 臨界雷諾數(shù)： Re cc vR??濕周是指過水?dāng)嗝嫔瞎腆w邊界與液體接觸部分的周長。 41 . 0 0 0 . 1R e 7 6 0 0 2 0 0 00 . 0 1 3 1 1 0vd? ??? ? ? ?? 解 ：當(dāng)水溫為 100C時查得水的運動粘滯系數(shù) ν＝， 管中水流的雷諾數(shù) 因此管中水流為紊流 。 0p dA p dA gLdA L? ? ? ?? ? ? ?39。( ) ( )pp Lzzg g dA g??? ? ?? ? ? ? ?改寫為：
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