2021-2022学年高二物理竞赛课件：流体力学的局部损失 .pptx

流体力学的局部损失流体力学的局部损失 流体经过这些局部件时，由于通流截面、流动方向的急剧变化，引起速度场的迅速改变，增大流体间的摩擦、碰憧以及形成旋涡等原因,从而产生局部损失 流体经过阀门、弯管、突扩和突缩等管件 一、突然扩大一、突然扩大损失均按 计算，关键是如何确定1.损失机理a.速度分布变化附加摩擦b.碰撞 c.漩涡pa)根据连续方程有:b)根据动量方程有:2.的描述 c)由伯努利方程比较得整理得由得 特例 11 d)求 例例 如图所示为用于测试新阀门压强降的设备。21的水从一容器通过锐边入口进入管系，钢管的内径均为50mm，绝对粗糙度为0.04mm，管路中三个弯管的管径和曲率半径之比d/R=0.1。用水泵保持稳定的流量12m3h,若在给定流量下水银差压计的示数为150mm，(1)求水通过阀门的压强降；(2)计算水通过阀门的局部损失系数；(3)计算阀门前水的计示压强；(4)不计水泵损失，求通过该系统的总损失，并计算水泵供给水的功率。【解】管内的平均流速:m/s(1)阀门流体经过阀门的压强降 Pa（3）计算阀门前的计示压强，由于要用到粘性流体的伯努里方程，必须用有关已知量确定方程中的沿程损失系数。(2)阀门的局部损失系数由 解得21的水密度近似取1000kg/m3，其动力粘度为Pa.s26.98（d/）8/7=26.98（50/0.04）8/79.34104由于4000Re26.98（d/）8/7，可按紊流光滑管的有关公式计算沿程损失系数，又由于4000Re105，所以沿程损失系数的计算可用勃拉修斯公式，即管内流动的雷诺数为根据粘性流体的伯努里方程可解得管道入口的局部损失系数 Pa(4)根据已知条件d/R=0.1查表，弯管的局部阻力系数计单位重量流体经过水泵时获得的能量为hp，列水箱液面和水管出口的伯努里方程总损失 mH2O 由上式可解得水泵的功率P为mH2O W 水击现象水击现象：以一定压强流动的水由于受阻流速突然降低，压强突然升高。突然升高的压强迅速向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动而引起管道振动，甚至形成轰轰的振动声。一、一、水击现象的全过程的描述水击现象的全过程的描述（见下图）阀门突然关闭时水击现象的全过程阀门突然关闭时水击现象的全过程1 1 当当A A端阀门突然关闭端阀门突然关闭 P：HH+h 波以C的速度向B传播，到达B时，由于H+hH，则产生回流，（图a）。2 2 回流回流 P：HH+h 当膨胀到阀门时，压力P又开始下降，（图b）。3 3回流回流 P：HH-h 当传到B端时，由于HH-h又产生正向流动，（图c）。4 4由由B AB A P：H-hH 完成一个循环，（图d）。这样压力波的传递完成了一个循环，又进入了下一个循环。由于液体的压缩膨胀和管道的变形要消耗能量，故波动振荡衰减直到消失。二二 水击压强水击压强 如图，当水击开始 后：该段的轴向受力：该段内的质量应该等于原来的质量+补充进来的质量，即：由动量方程：由动量方程：所以 ；又因为 ；当 ，时可得 个大气压。由此可见水击压强相当可观。压力波的传播速度：式中：若管壁刚性：流体的弹性模量 管壁的弹性模量管壁厚这就是在无界流体中的传播速度。若考虑到管的变形时则减慢了 倍。四 直接水击和间接水击以及减弱水击的措施（一）直接水击和间接水击实际中阀门都不是突然关闭而是有一个连续的过程。若关闭的时间 时：即反射的膨胀波到达阀门时，阀门已关闭产生最大的水击压强 ，即直接水击。若 阀门关闭前反射的膨胀波陆续到达阀门压强不到 ，即间接水击。（二）减弱措施 1）避免直接水击。2）采取过载保护蓄能器缓冲阀等。3）形成间接水击，使用弹性好的管子。