流体力学PPT.ppt

职教第第 1 1 页页浙江电力教育培训中心流体力学流体力学职教第第 2 2 页页绪论绪论1.11.1概述概述研究对象研究任务应用主要内容研究方法职教第第 3 3 页页研究对象研究对象 液体：液体：气体：气体：流体流体绪论绪论1.11.1概述概述如电厂的水、油等如电厂的水、油等如电厂的水蒸汽、空气、烟气等如电厂的水蒸汽、空气、烟气等职教第第 4 4 页页研究流体静止和运动时的宏观力学规律研究流体静止和运动时的宏观力学规律解决工程技术问题解决工程技术问题研究任务研究任务绪论绪论1.11.1概述概述职教第第 5 5 页页应应 用用 重要的专业基础课程，该课程的目的是重要的专业基础课程，该课程的目的是为了学习专业课以及从事技术工作提供必要为了学习专业课以及从事技术工作提供必要的基础理论和实践技能的基础理论和实践技能绪论绪论1.11.1概述概述职教第第 6 6 页页绪论流体静力学不可压缩一元流体动力学流动阻力和能量损失管路计算附面层与绕流阻力孔口、管嘴出流和气体射流主要内容主要内容绪论绪论1.11.1概述概述职教第第 7 7 页页研究方法研究方法 宏观宏观 微观微观绪论绪论1.11.1概述概述职教第第 8 8 页页流体力学有关物理量的符号、法定单位流体力学有关物理量的符号、法定单位表1-1绪论绪论1.11.1概述概述职教第第 9 9 页页绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1010 页页一、流体的基本特征一、流体的基本特征具有具有流动性流动性流动性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。流动性：在微小剪切力作用下会发生连续变形的特性。绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1111 页页（一）（一）惯性和重力特性惯性和重力特性二、流体的主要力学性质二、流体的主要力学性质密度定义：密度定义：单位体积流体所具有的质量，符号单位体积流体所具有的质量，符号表征物体惯性的物理量表征物体惯性的物理量绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质1 1、惯性、惯性 单位：单位：kgkg /m m3 3职教第第 1212 页页对于非均质流体：对于非均质流体：对均质流体：对均质流体：绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1313 页页单位：单位：N/N/m m3 32 2、重力特性、重力特性容重定义：容重定义：作用于单位体积流体的重力，符号作用于单位体积流体的重力，符号表征物体重力特性的物理量表征物体重力特性的物理量绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质单位：单位：N/N/m m3 3容重定义：容重定义：作用于单位体积流体的重力，符号作用于单位体积流体的重力，符号表征物体重力特性的物理量表征物体重力特性的物理量职教第第 1414 页页绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质对于均质流体：对于均质流体：对于非均质流体：对于非均质流体：职教第第 1515 页页3 3、影响流体密度的因素影响流体密度的因素流体种类流体种类液体密度比气体大得多。液体密度比气体大得多。压力和温度压力和温度液体密度随液体密度随p、t变化很小，变化很小，气体密度随气体密度随p、t变化很大。变化很大。绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1616 页页 水水1000 kg/m3 空气空气1.2920 kg/m3 水银水银13590 kg/m3常见流体的密度：常见流体的密度：表1-2绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1717 页页（二）二）粘滞性粘滞性 流体内部质点（微团）或流层间如有相对流体内部质点（微团）或流层间如有相对运动则产生内摩擦力（即粘滞力）以抵抗相对运动运动则产生内摩擦力（即粘滞力）以抵抗相对运动的性质。的性质。绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1818 页页例：流体在圆管中流动（液体为例）例：流体在圆管中流动（液体为例）1 1、流体粘滞性分析、流体粘滞性分析绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 1919 页页2 2、牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律式中 T流体的内摩擦力（切向力），N；A流层间的接触面积，m2；du/dy垂直于流动方向上的速度梯度，1/s；动力粘度，Pas。绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2020 页页 式中切应力，即流层间单位接触面积上的内摩擦力N/m2，Pa。切应力与速度梯度成正比；切应力与速度梯度成正比；比例系数称动力比例系数称动力粘度粘度。牛顿内摩擦定律表明：牛顿内摩擦定律表明：绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2121 页页 表示流体粘滞性大小表示流体粘滞性大小（1 1）动力粘度动力粘度（2 2）运动粘度运动粘度3 3、流体的粘度、流体的粘度绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2222 页页4 4、粘性的影响因素、粘性的影响因素液体：液体：液体：液体：分子分子分子分子内聚力是产生粘度的主要因素。内聚力是产生粘度的主要因素。温度温度分子间距分子间距分子吸引力分子吸引力内摩擦力内摩擦力粘度粘度气体：气体：气体：气体：分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。分子热运动引起的动量交换是产生粘度的主要因素。温度温度分子热运动分子热运动动量交换动量交换内摩擦力内摩擦力粘度粘度 温度流体种类流体种类流体温度流体温度绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2323 页页5 5、粘度的测量粘度的测量粘度计粘度计恩格勒粘度计恩格勒粘度计绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2424 页页6 6、牛顿流体和非牛顿流体、牛顿流体和非牛顿流体（1 1）牛顿）牛顿流体流体流体流体 （2 2）非牛顿）非牛顿流体流体流体流体 符合牛顿内摩擦定律的流体符合牛顿内摩擦定律的流体如水、空气、油和水银等如水、空气、油和水银等不符合牛顿内摩擦定律的流体不符合牛顿内摩擦定律的流体如：油漆、橡胶、糨糊、牙膏、泥浆等如：油漆、橡胶、糨糊、牙膏、泥浆等如：油漆、橡胶、糨糊、牙膏、泥浆等如：油漆、橡胶、糨糊、牙膏、泥浆等（=常数）常数）绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2525 页页 （三）压缩性和热胀性（三）压缩性和热胀性流体的压缩性：流体的压缩性：P7P7流体的热胀性：流体的热胀性：P7P7 绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2626 页页1、液体的压缩性和热胀性、液体的压缩性和热胀性压缩系数：压缩系数：温度不变时，单位压强变化所引起的体温度不变时，单位压强变化所引起的体积或密度的积或密度的相对变化率相对变化率 （1 1）液体的压缩性）液体的压缩性，压缩性，压缩性绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质可知：可知：液体液体很小很小职教第第 2727 页页弹性系数：弹性系数：压缩系数的倒数压缩系数的倒数绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2828 页页（2 2）液液体的热胀性体的热胀性 热胀系数：压强不变时，单位温度变化所引起的热胀系数：压强不变时，单位温度变化所引起的体积或密度的体积或密度的相对变化率相对变化率可知：可知：液体液体很小。很小。注意：注意：P P、T T变化很大时，要考虑体积变化，如高温高压下炉变化很大时，要考虑体积变化，如高温高压下炉水密度比常温常压下小。水密度比常温常压下小。，热胀性，热胀性绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 2929 页页 随随P P、T T而改变而改变 气体的可压缩性要比液体的可压缩性大得多气体的可压缩性要比液体的可压缩性大得多2、气体的压缩性和热胀性、气体的压缩性和热胀性绪论绪论1.21.2流体的主要力学性质流体的主要力学性质职教第第 3030 页页绪论绪论1.31.3作用在流体上的力作用在流体上的力按作用方式不同分为：按作用方式不同分为：表面力和质量力表面力和质量力一、质量力一、质量力 作用在所有流体质点上与质量成正比的力。作用在所有流体质点上与质量成正比的力。对均质流体：体积力对均质流体：体积力重力重力惯性力惯性力职教第第 3131 页页单位质量力单位质量力单位质量力的轴向分力单位质量力的轴向分力 ：流体中取质量为流体中取质量为M M的质点，作用于该的质点，作用于该质点的质量力为质点的质量力为F F，F F与与M M的比值称的比值称单位单位质量力质量力单位质量流体上的质量力单位质量流体上的质量力绪论绪论1.31.3作用在流体上的力作用在流体上的力职教第第 3232 页页绪论绪论1.31.3作用在流体上的力作用在流体上的力二、表面力二、表面力作用在被研究作用在被研究流体（分离体）表面上，与作用表面面积成流体（分离体）表面上，与作用表面面积成正比的力正比的力外力：外力：作用在流体边界上的外力，如大气对流体自由表面的压作用在流体边界上的外力，如大气对流体自由表面的压力，容器壁面的反作用力力，容器壁面的反作用力内力：内力：流体质点相互作用而产生，如流体内压应力和切应力流体质点相互作用而产生，如流体内压应力和切应力职教第第 3333 页页 单位面积上的表面力。单位面积上的表面力。应力应力法向法向应力（压应力、压强）和切向应力（压应力、压强）和切向应力应力 p法向应力，即流体所受压强，法向应力，即流体所受压强，Pa切向应力，即流体摩擦应力，切向应力，即流体摩擦应力，Pa绪论绪论1.31.3作用在流体上的力作用在流体上的力职教第第 3434 页页绪论绪论1.41.4流体的力学模型流体的力学模型一、连续介质与非连续介质一、连续介质与非连续介质连续性介质假定：连续性介质假定：定义：不考虑流体分子间的间隙，把定义：不考虑流体分子间的间隙，把定义：不考虑流体分子间的间隙，把定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无流体视为由无 数连续分布的数连续分布的流体微团流体微团组成的连续介质。组成的连续介质。优点：优点：可利用连续函数这一数学工具来研究流体运动规可利用连续函数这一数学工具来研究流体运动规律。律。职教第第 3535 页页绪论绪论1.41.4流体的力学模型流体的力学模型二、理想流体与粘性流体二、理想流体与粘性流体（1 1）粘性流体粘性流体粘性流体粘性流体 具有粘性的流体（具有粘性的流体（00）。）。（2 2）理想）理想流体流体流体流体 忽略粘性的流体（忽略粘性的流体（=0 0）。）。一种最重要的理想流体模型之一。一种最重要的理想流体模型之一。职教第第 3636 页页绪论绪论1.41.4流体的力学模型流体的力学模型三、不可压缩流体与可压缩流体三、不可压缩流体与可压缩流体 可压缩流体：考虑可压缩性的流体可压缩流体：考虑可压缩性的流体 不可压缩流体：不考虑可压缩性的流体不可压缩流体：不考虑可压缩性的流体职教第第 3737 页页绪论绪论1.41.4流体的力学模型流体的力学模型注意：注意：（1 1）简化理论推导和工程计算的模型简化理论推导和工程计算的模型 （2 2）一般情况将液体看作不可压缩流体）一般情况将液体看作不可压缩流体 （3 3）对于低压、低速（）对于低压、低速（6060m/sm/s）气流的计算，气流的计算，可按不可压缩流体处理，如空气和烟风系统。可按不可压缩流体处理，如空气和烟风系统。职教第第 3838 页页流体概念及基本特性流体的主要力学性质作用于流体上的作用力流体的力学模型知识点知识点职教第第 3939 页页第二章第二章 流体静力学流体静力学流体静力学流体静力学职教第第 4040 页页流体静力学流体静力学2.12.1流体静压强及其特性流体静压强及其特性一、流体静压强的定义一、流体静压强的定义流体静压强流体静压强：在流体内部或流体与固体壁面所存在的单位面：在流体内部或流体与固体壁面所存在的单位面积上的法向作用力称为积上的法向作用力称为流体的压强，流体的压强，当流体处于静止状态时，当流体处于静止状态时，流体的压强称为流体的压强称为流体静压强流体静压强 符号：符号：p p，单位：，单位：PaPa职教第第 4141 页页注意：静（总）压力注意：静（总）压力P P作用于受压面上，静压强作用于受压面上，静压强p p作用于受压面作用于受压面上某点。上某点。流体静力学流体静力学2.12.1流体静压强及其特性流体静压强及其特性职教第第 4242 页页二、静压强的特性二、静压强的特性1.方向性方向性流体静压强的方向与作用面垂直并指向作用面的内法线方向。流体静压强的方向与作用面垂直并指向作用面的内法线方向。Kpnptp切向压力静压力法向压力流体静力学流体静力学2.12.1流体静压强及其特性流体静压强及其特性职教第第 4343 页页流体静力学流体静力学2.12.1流体静压强及其特性流体静压强及其特性职教第第 4444 页页2.大小性大小性 作用于流体任一点静压强的大小在各个方向上均相等，作用于流体任一点静压强的大小在各个方向上均相等，与作用面的方位无关，仅是该点坐标的函数。与作用面的方位无关，仅是该点坐标的函数。流体静力学流体静力学2.12.1流体静压强及其特性流体静压强及其特性职教第第 4545 页页流体静力学流体静力学2.12.1流体静压强及其特性流体静压强及其特性职教第第 4646 页页 重力作用下的静止均质液体：重力作用下的静止均质液体：取直棱柱为分离体：取直棱柱为分离体：受力平衡：受力平衡：质量力：只有重力，质量力：只有重力，G=G=hdAhdA，一、液体静压强的分布规律一、液体静压强的分布规律（一）液体静压强的基本方程（一）液体静压强的基本方程流体静力学流体静力学2.22.2流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律表面力（铅垂方向）：表面力（铅垂方向）：顶面：顶面：P P0 0=p=p0 0dAdA，底面：底面：P=P=pdApdA，侧面：侧面：0 0液体静压强基本方程液体静压强基本方程液体静压强基本方程液体静压强基本方程职教第第 4747 页页说明：说明：（1 1）重力作用下的静止均质液体，任一点的静压强等于）重力作用下的静止均质液体，任一点的静压强等于液面压强和该点在液面下的深度与液体容重的乘积之和。液面压强和该点在液面下的深度与液体容重的乘积之和。（2 2）一定时，一定时，phph，hh，pp。（3 3）h h一定时，一定时，不同，不同，p p不同。不同。（4 4）帕斯卡定律帕斯卡定律:在液体内部外压力将毫不减弱地向各方在液体内部外压力将毫不减弱地向各方向传递向传递 例例例例2-12-12-12-1流体静力学流体静力学2.22.2流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律职教第第 4848 页页（二）连通器与等压面（二）连通器与等压面 连通器连通器是指相互连通的两个或几个容器是指相互连通的两个或几个容器等压面等压面是指静止液体中，压强相等的点组成的面是指静止液体中，压强相等的点组成的面流体静力学流体静力学2.22.2流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律结论：在重力作用下，同种连续静止均质液体水平面为等压面。结论：在重力作用下，同种连续静止均质液体水平面为等压面。职教第第 4949 页页（三）分界面和自由液面（三）分界面和自由液面 分界面分界面是指两种容重不同、互不混合的液体之间的接触表面是指两种容重不同、互不混合的液体之间的接触表面自由液面自由液面是指静止的液体和气体接触的表面是指静止的液体和气体接触的表面结论：分界面、自由表面既为水平面又为等压面。结论：分界面、自由表面既为水平面又为等压面。例例例例2-22-22-22-2流体静力学流体静力学2.22.2流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律职教第第 5050 页页二、高差不大时气体压强的计算二、高差不大时气体压强的计算流体静力学流体静力学2.22.2流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律表示空间各点气体压强相等表示空间各点气体压强相等高差不大时气体静压强基本方程高差不大时气体静压强基本方程高差不大时气体静压强基本方程高差不大时气体静压强基本方程例例例例2-32-32-32-3职教第第 5151 页页一、压强的两种计算基准一、压强的两种计算基准1.1.绝对压强绝对压强PP以绝对真空（无气体分子存在）为基准点计算的压强。以绝对真空（无气体分子存在）为基准点计算的压强。2.2.相对压强相对压强P P以当地大气压强以当地大气压强PaPa为基准计算的压强。为基准计算的压强。真空压强真空压强PvPv（真空度）真空度）流体静力学流体静力学2.32.3压强的计算基准和计量单位压强的计算基准和计量单位对开口容器对开口容器:职教第第 5252 页页流体静力学流体静力学2.32.3压强的计算基准和计量单位压强的计算基准和计量单位职教第第 5353 页页二、压强的计量单位二、压强的计量单位常用压强计量单位：常用压强计量单位：（一）用单位面积上所承受的力表示。（一）用单位面积上所承受的力表示。Pa Pa KPaKPa MPaMPa 1Pa=1N/m 1Pa=1N/m2 2 （三）用大气压表示（三）用大气压表示标准大气压标准大气压atmatm 工程大气压工程大气压atat（二）用液柱高度表示。（二）用液柱高度表示。P0.2 P2000是层流是层流是紊流是紊流注意：注意：工程中实际流体（如水、空气、蒸汽等）的流动，几乎工程中实际流体（如水、空气、蒸汽等）的流动，几乎都是紊流，只有黏性较大的液体（如石油、润滑油、重油等）都是紊流，只有黏性较大的液体（如石油、润滑油、重油等）在低速流动中，才会出现层流。在低速流动中，才会出现层流。职教第第 119119 页页 雷诺数反映惯性力与粘滞力的比值。实际雷诺数小于临界雷雷诺数反映惯性力与粘滞力的比值。实际雷诺数小于临界雷诺数，反映粘滞力作用强，流体质点受粘滞力约束，处于层流诺数，反映粘滞力作用强，流体质点受粘滞力约束，处于层流状态；实际雷诺数大于临界雷诺数，反映惯性力起主导作用，状态；实际雷诺数大于临界雷诺数，反映惯性力起主导作用，粘滞力不足以约束流层间互相混杂的流体质点，流体便处于紊粘滞力不足以约束流层间互相混杂的流体质点，流体便处于紊流状态。流状态。雷诺数的物理意义：雷诺数的物理意义：流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.24.2流体流动的两种流态流体流动的两种流态职教第第 120120 页页流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.44.4沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式一、圆管层流运动一、圆管层流运动可见：可见：层流时沿程损失与平均流速的一次方成正比。层流时沿程损失与平均流速的一次方成正比。沿程阻力系数，层流中仅与雷诺数有关达西公式职教第第 121121 页页流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.44.4沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式二、圆管紊流运动二、圆管紊流运动职教第第 122122 页页（一）层流底层与紊流核心（一）层流底层与紊流核心 层流底层：层流底层：流体在管内作紊流流动时，在邻近管壁的极小区域存在很薄的流体在管内作紊流流动时，在邻近管壁的极小区域存在很薄的一层流体，由于固体壁面的粘滞作用，保持层流运动，这一流层一层流体，由于固体壁面的粘滞作用，保持层流运动，这一流层称为称为。紊流核心：紊流核心：层流底层外，流体质点相互碰撞和掺混，称为层流底层外，流体质点相互碰撞和掺混，称为。层流底层：厚度几毫米或零点几层流底层：厚度几毫米或零点几毫米，实验证明随毫米，实验证明随Re而而过渡区过渡区紊流核心紊流核心流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.44.4沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式职教第第 123123 页页绝对粗糙度绝对粗糙度K：管壁表面粗糙凸出的平均高度管壁表面粗糙凸出的平均高度相对粗糙度相对粗糙度K/d：绝对粗糙度与管径之比绝对粗糙度与管径之比水力光滑管（紊流光滑管）：水力光滑管（紊流光滑管）：层流底层厚度层流底层厚度K时，管壁粗糙凸起淹时，管壁粗糙凸起淹没在层流底层中，紊流区感受不到管壁影响，没在层流底层中，紊流区感受不到管壁影响，K对能量损失影响很小，流体像在光滑壁面对能量损失影响很小，流体像在光滑壁面上流动，该流动称水力光滑的流动，该管道上流动，该流动称水力光滑的流动，该管道称水力光滑管称水力光滑管水力粗糙管（紊流粗糙管）：水力粗糙管（紊流粗糙管）：K时，管壁粗糙凸起暴露在紊流区时，管壁粗糙凸起暴露在紊流区中，流体质点冲击凸起部位，并有旋涡产生，中，流体质点冲击凸起部位，并有旋涡产生，有较大能量损失，该流动称水力粗糙的流动，有较大能量损失，该流动称水力粗糙的流动，该管道称水力粗糙管该管道称水力粗糙管流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.44.4沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式（二）绝对粗糙度与相对粗糙度（二）绝对粗糙度与相对粗糙度职教第第 124124 页页注意：注意：同一根管道，在不同的流速下，可能是光滑同一根管道，在不同的流速下，可能是光滑管也可能是粗糙管。管也可能是粗糙管。流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.44.4沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式职教第第 125125 页页（三）紊流沿程水头损失（三）紊流沿程水头损失 流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.44.4沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式仍采用达西公式仍采用达西公式层流流动：层流流动：=64/Re紊流流动：紊流流动：水力光滑：水力光滑：为为Re的函数的函数 水力粗糙：水力粗糙：为为Re及及K/d的函数的函数职教第第 126126 页页一、沿程阻力系数一、沿程阻力系数的影响因素的影响因素流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.54.5沿程阻力系数沿程阻力系数的确定的确定层流流动：层流流动：=64/Re，Re紊流流动：紊流流动：Re、K/d职教第第 127127 页页二、尼古拉兹实验二、尼古拉兹实验流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.54.5沿程阻力系数沿程阻力系数的确定的确定尼古拉兹图反映尼古拉兹图反映的变化规律，揭示影的变化规律，揭示影响响的主要因素的主要因素职教第第 128128 页页2、临界区：层流向紊流转变、临界区：层流向紊流转变结论：结论：1、层流区、层流区3、紊流光滑区、紊流光滑区4、紊流过渡区：光滑管到粗糙管、紊流过渡区：光滑管到粗糙管5、紊流粗糙区、紊流粗糙区（阻力平方区）（阻力平方区）流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.54.5沿程阻力系数沿程阻力系数的确定的确定Re2000Re=20004000Re，Re，Re4000职教第第 129129 页页2、临界区：不稳定，无实用意义、临界区：不稳定，无实用意义1、层流：、层流：3、紊流光滑区：、紊流光滑区：式式4-28、29、304、紊流过渡区：式、紊流过渡区：式4-34、35管壁当量粗糙度：表管壁当量粗糙度：表4-1流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.54.5沿程阻力系数沿程阻力系数的确定的确定三、沿程阻力系数三、沿程阻力系数的计算的计算（一）用公式计算沿程阻力系数（一）用公式计算沿程阻力系数5、紊流粗糙区：式、紊流粗糙区：式4-31、32、33（阻力平方区）（阻力平方区）职教第第 130130 页页 （二）图解法（二）图解法莫迪图求解沿程阻力系数莫迪图求解沿程阻力系数（1 1）表）表4-1 4-1 查所用管查所用管道当量粗糙度道当量粗糙度K K（2 2）计算相对粗糙度）计算相对粗糙度K/dK/d（3 3）计算雷诺数）计算雷诺数（4 4）查莫迪图求）查莫迪图求值值采用莫迪图确定采用莫迪图确定值步骤：值步骤：流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.54.5沿程阻力系数沿程阻力系数的确定的确定职教第第 131131 页页局部阻力损失局部阻力损失:弯头、三通、阀门、收缩、扩展等部位弯头、三通、阀门、收缩、扩展等部位流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.74.7局部水头损失的计算局部水头损失的计算职教第第 132132 页页一、局部损失产生的原因一、局部损失产生的原因流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.74.7局部水头损失的计算局部水头损失的计算产生原因：产生原因：（1 1）过流断面突变处，流体因惯）过流断面突变处，流体因惯性与管壁脱离形成旋涡区性与管壁脱离形成旋涡区（2 2）主流与旋涡之间的流体质点）主流与旋涡之间的流体质点发生剧烈的碰撞和摩擦发生剧烈的碰撞和摩擦职教第第 133133 页页二、局部损失的计算公式二、局部损失的计算公式流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.74.7局部水头损失的计算局部水头损失的计算hj局部水头损失，m局部阻力系数v断面平均流速，m/s，一般指局部损失发生后断面职教第第 134134 页页三、局部阻力系数三、局部阻力系数的确定的确定表表4-4-2 2注意：注意：每一局部管件每一局部管件确定是独立实验完成，不受其他管件局部损失干扰，各局确定是独立实验完成，不受其他管件局部损失干扰，各局部管件间距离不得小于直径的三倍，否则需另作实验获得数据部管件间距离不得小于直径的三倍，否则需另作实验获得数据流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失4.74.7局部水头损失的计算局部水头损失的计算职教第第 135135 页页第五章第五章 管路计算管路计算管路计算管路计算职教第第 136136 页页水击现象：水击现象：有压力管路中，由于某种外界原因（如水泵突然停止有压力管路中，由于某种外界原因（如水泵突然停止工作或启动、阀门突然关闭或开启），使液流速度发生急剧变化，工作或启动、阀门突然关闭或开启），使液流速度发生急剧变化，从而引起液体内部压强在极短时间内大幅度升降的现象，这种现从而引起液体内部压强在极短时间内大幅度升降的现象，这种现象称水击或水锤象称水击或水锤管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击危害：危害：危及管道系统及设备安全危及管道系统及设备安全（金属表面麻点、阀门损坏、管（金属表面麻点、阀门损坏、管道接头断开甚至管道爆炸事故）道接头断开甚至管道爆炸事故）职教第第 137137 页页一、水击的发生及水击波的传播一、水击的发生及水击波的传播根本原因：根本原因：液体的惯性和压缩性液体的惯性和压缩性管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击职教第第 138138 页页管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击升压过程升压过程压强恢复过程压强恢复过程降压过程降压过程压强恢复过程压强恢复过程水击波的传播过程：水击波的传播过程：水击相长水击相长T：往返一次所需要的时间：往返一次所需要的时间职教第第 139139 页页管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击二、水击类型二、水击类型水击强度削弱水击强度削弱按阀门关闭时间按阀门关闭时间TsTs分：分：直接水击：直接水击：TsTTsT=2l/c=2l/c 间接水击：间接水击：TsTsT=2l/cT=2l/c，职教第第 140140 页页三、水击压强的计算三、水击压强的计算（一）直接水击压强（一）直接水击压强管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击职教第第 141141 页页近似计算：近似计算：（二）间接水击压强（二）间接水击压强管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击职教第第 142142 页页四、防止水击危害的措施四、防止水击危害的措施管路计算管路计算5.45.4有压管路中的水击有压管路中的水击（1 1）延长阀门启闭时间）延长阀门启闭时间（2 2）限制管中流速）限制管中流速v v0 0（3 3）设置安全装置）设置安全装置职教第第 143143 页页第六章第六章 附面层与绕流阻力附面层与绕流阻力附面层与绕流阻力附面层与绕流阻力职教第第 144144 页页附面层与绕流阻力附面层与绕流阻力绕流绕流:流体绕过不同几何形状固体边界的流动。流体绕过不同几何形状固体边界的流动。职教第第 145145 页页 紧贴物体表面法向速度梯度很大，必须考虑黏性的流体薄层紧贴物体表面法向速度梯度很大，必须考虑黏性的流体薄层：099 099u u0 0附面层与绕流阻力附面层与绕流阻力一、附面层的概念一、附面层的概念一、附面层的概念一、附面层的概念职教第第 146146 页页二、附面层的特征二、附面层的特征二、附面层的特征二、附面层的特征(2)(2)附面层内沿物体表面外法线（厚度）方向，存在很大速度附面层内沿物体表面外法线（厚度）方向，存在很大速度梯度，形成摩擦阻力。梯度，形成摩擦阻力。(3)(3)附面层内沿物体表面法线方向压强不变。附面层内沿物体表面法线方向压强不变。附面层与绕流阻力附面层与绕流阻力 (1)(1)附面附面层厚度层厚度很小厚度，沿流动方向逐渐增加很小厚度，沿流动方向逐渐增加职教第第 147147 页页习题一习题一:通过水管的流量为通过水管的流量为15L/s15L/s，若管道直径由，若管道直径由d1=150mmd1=150mm渐变为渐变为d2=100mm,d2=100mm,假定管道流动损失不计，试确定两断面的压力差。假定管道流动损失不计，试确定两断面的压力差。职教第第 148148 页页习题二习题二:如图示，已知水管长L=200m，直径d=150mm，流量qv=25L/s，沿程阻力损失系数=0.022，阀门局部阻力系数=4.0，试计算管路中的阻力损失。阻力损失为343mH2O 职教第第 149149 页页职教第第 150150 页页职教第第 151151 页页