(精品)第五章管中流动09.ppt

2第一节 流态判别 一、两种流态的运动特征 二、雷诺实验 三、层流、紊流的判别标准第二节 不可压缩流体恒定圆管层流第四章 流体阻力及能量损失3第一第一 节节 沿程水头损失和局部水头损失沿程水头损失和局部水头损失局部水头损失局部水头损失hj的一般表达式的一般表达式沿程水头损失沿程水头损失hf的一般表达式的一般表达式式中：沿程阻力系数式中：局部阻力系数沿程水头损失沿程水头损失_局部水头损失局部水头损失_层流：层流：4管道出口管道出口(a)直角进直角进口口(b)圆角进圆角进口口(c)外伸进外伸进口口管道突然扩大到水池或容器，有管道突然扩大到水池或容器，有，则，则v管道管道进口进口5颜色细流一、雷诺实验一、雷诺实验第一节 流态判别 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。9 圆管流圆管流紊流层流第一节 流态判别上临界雷诺数：上临界雷诺数：层流紊流时的临界雷诺数，它易受外界干扰，数值不稳定。下临界雷诺数：下临界雷诺数：紊流层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准，它只取决于水流边界的形状，即水流的过水断面形状。2、层流、紊流的判别标准、层流、紊流的判别标准临界雷诺数临界雷诺数临界雷诺数临界雷诺数雷诺数雷诺数KK工程上取工程上取ReK=200010对异形管道：对异形管道：其中dH_当量直径，且有：R_水力半径11例：某段自来水管，d=100mm，v=1.0m/s。水温10，（1）试判断 管中水流流态？（2）若要保持层流，最大流速是多少？解：（1）水温为10时，水的粘性运动系数，由下式计算得：则：即：圆管中水流处在紊流状态。（2）要保持层流，最大流速是0.03m/s。KK12三、管中层流和紊流水头损失规律管中层流和紊流水头损失规律层流层流：m1=1.0，hf=k1，即沿程水头损失与流速的一次方成正比。紊流紊流：m2=1.752.0，hf=k2 1.752.0，即沿程水头损失hf与流速的1.75 2.0次方成正比。第一节 流态判别层流紊流过渡区abcdelghflgvlgvKlg v lgvKfo颜色细流hf13四、层流和紊流的形成原因层流和紊流的形成原因14紊流核心紊流核心粘性底层（粘性底层（viscous sublayer）：流速梯度较大，粘性影响不可忽略。流速梯度较大，粘性影响不可忽略。粘性底层，紊流核心（圆管）的概念粘性底层，紊流核心（圆管）的概念五、紊流结构粘性底层与紊流核心区五、紊流结构粘性底层与紊流核心区过渡层过渡层 粘性底层粘性底层紊流核心紊流核心过渡层过渡层 粘性底层粘性底层紊流核心紊流核心过渡层过渡层15粘性底层厚度粘性底层厚度实验资料表明：实验资料表明：式中：式中：Re管内流动雷诺数；管内流动雷诺数；沿程阻力系数。沿程阻力系数。说明说明：（1）粘性底层厚度很薄，一般只有十分之几毫米）粘性底层厚度很薄，一般只有十分之几毫米。（2）粘性底层厚度）粘性底层厚度并不固定，与并不固定，与、和流速和流速V有关有关16粘性底层厚度虽然很薄，但其在湍流中作用不可忽视的。粘性底层厚度虽然很薄，但其在湍流中作用不可忽视的。由于管子材料、加工方法、使用条件及使用年限的影响，由于管子材料、加工方法、使用条件及使用年限的影响，出现不同程度的凹凸不平，它们的平均尺寸出现不同程度的凹凸不平，它们的平均尺寸 称绝对粗糙度称绝对粗糙度水力光滑管水力光滑管水力粗糙管水力粗糙管过渡状态（过渡状态（水力粗糙管）水力粗糙管）17沿程水头损失和局部水头损失沿程水头损失和局部水头损失局部水头损失局部水头损失hj的一般表达式的一般表达式沿程水头损失沿程水头损失hj的一般表达式的一般表达式式中：沿程阻力系数式中：局部阻力系数沿程水头损失沿程水头损失_局部水头损失局部水头损失_层流：层流：39第五节第五节 圆管湍流的圆管湍流的沿程损失沿程损失一、一、尼古拉兹实验与湍流阻力分区尼古拉兹实验与湍流阻力分区二、二、圆管湍流流速分布圆管湍流流速分布三、三、圆管湍流运动半经验公式圆管湍流运动半经验公式 四、四、工业管道，穆迪图、巴尔公式工业管道，穆迪图、巴尔公式五、五、湍流湍流阻力区的判别阻力区的判别40一、一、尼古拉兹实验与湍流阻力尼古拉兹实验与湍流阻力分区分区1.尼古拉兹实验曲线尼古拉兹实验曲线第第1区区层流区，层流区，Re4000,=f(Re)。第第2区区层流向湍流的层流向湍流的过渡区过渡区，=f(Re)。2.圆管湍流的流动分区：圆管湍流的流动分区：45三、圆管湍流运动三、圆管湍流运动 半经验公式半经验公式柯列勃洛克公式柯列勃洛克公式适用范围适用范围：适用于圆管湍流的过渡区，也适用于光滑管区和粗糙管区。：适用于圆管湍流的过渡区，也适用于光滑管区和粗糙管区。巴尔（巴尔（Barr）公式公式a.湍流光滑区湍流光滑区b.湍流粗糙区湍流粗糙区四、工业管道，四、工业管道，半经验公式及穆迪图半经验公式及穆迪图工业管道：未经加工糙处理得实际应用管道。工业管道：未经加工糙处理得实际应用管道。当量粗糙度：比照尼古拉兹曲线，由实验得出的工业管道壁面粗糙度。当量粗糙度：比照尼古拉兹曲线，由实验得出的工业管道壁面粗糙度。穆迪图穆迪图46穆穆 迪迪 图图49例例1：某水管长某水管长l=500m，直径直径d=0.2m，管壁粗糙突起高度，管壁粗糙突起高度K=0.1mm，如输送流量如输送流量qV=10 10-3 m3/s，水温水温t=10 ，计算计算沿程水头损失为多少？沿程水头损失为多少？解：解：t=10 =1.310 10-6 m2/s故管中水流为湍流。故管中水流为湍流。则则柯列勃洛克公式柯列勃洛克公式而而故管中水流为过渡区。故管中水流为过渡区。50例例2 应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm，测量测量段长段长l=2m。实测油的流量。实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值水银压差计的读值hp=30cm，油的密度油的密度=900kg/m3。试求油的运动粘度和动力粘度。试求油的运动粘度和动力粘度。解 列细管测量段前、后断面伯努利方程设为层流校核状态层流lhphf 而53第七节第七节 局部水头损失局部水头损失 局部水头损失局部水头损失hj的一般表达式的一般表达式式中：式中：局部水头损失系数。局部水头损失系数。突然扩大管道的突然扩大管道的 的确定的确定v1v2p1A1p2A21122动量方程动量方程（令（令 1=2=1.0，水平放置管道），水平放置管道）能量方程能量方程（令（令 1=2=1.0）连续性方程连续性方程联立上述三个方程可得：联立上述三个方程可得：54 说明说明：湍流的局部水头损失与：湍流的局部水头损失与流速平方流速平方成正比。成正比。注意局部阻力系数与流速之间的关系。注意局部阻力系数与流速之间的关系。突然扩大的局部水头损失公式突然扩大的局部水头损失公式或或55第七节第七节 局部水头损失局部水头损失 局部水头损失局部水头损失hj的一般表达式的一般表达式 突然扩大管道的突然扩大管道的 的确定的确定 突然缩小管道的突然缩小管道的 的确定的确定 管道出口与进口损失系数管道出口与进口损失系数 56 管道突然缩小的损失系数管道突然缩小的损失系数 v1122(C)57第七节第七节 局部水头损失局部水头损失 局部水头损失局部水头损失hj的一般表达式的一般表达式 突然扩大管道的突然扩大管道的 的确定的确定 突然缩小管道的突然缩小管道的 的确定的确定 管道出口与进口损失系数管道出口与进口损失系数 58管道出口管道出口(a)直角进直角进口口(b)圆角进圆角进口口(c)外伸进外伸进口口管道突然扩大到水池或容器，有管道突然扩大到水池或容器，有，则，则v管道管道进口进口61 例例:水泵装置如图所示，泵安装高度水泵装置如图所示，泵安装高度hs=3m,高、低水池液面高高、低水池液面高差差Z0=20m。吸水管的直径。吸水管的直径d1=0.2m，长度，长度l1=4m，沿程阻力系，沿程阻力系数数1=0.024，总的局部阻力系数，总的局部阻力系数1=6，压水管的管径，压水管的管径d2=0.15m，管长，管长l2=50m，沿程阻力系数，沿程阻力系数2=0.028，总的局部阻力系数，总的局部阻力系数2=8.5。测得水泵出口的表压力。测得水泵出口的表压力P=.105 Pa，试计算水泵，试计算水泵输水量输水量Q，水泵扬程，水泵扬程H，水泵有效功率，水泵有效功率N泵？泵？