流体力学第五章流动阻力与水头损失ppt课件.ppt

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1、第第5 5章章 流动阻力与流动阻力与水头损失水头损失我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物本章重点掌握n黏性流体的流动型态（层流、紊流）及其判别n沿程水头损失计算n局部水头损失计算我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.1 概述一、章目解析n从力学观点看，本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因：n内因粘性+惯性n外因外界干扰n从能量观看，本章研究的是能量损失（水头损失）。我吓了一跳，蝎子是多么丑

2、恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.1 概述二、研究内容n内流（如管流、明渠流等）：研究 的计算（本章重点）；n外流（如绕流等）：研究CD的计算。三、水头损失的两种形式nhf ：沿程水头损失(由摩擦引起)；nhm ：局部水头损失（由局部干扰引起）。wh总水头损失：mfwhhh我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态一、雷诺实验简介 1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性

3、流体进行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。Osborne Reynolds (1842-1916)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态 雷诺在观察现象的同时，测量 ，绘制 的关系曲线如下：Vhf,Vhflglg层流：0 . 1Vhf紊流：0 . 275. 1Vhf

4、AEBCD层流过渡区紊流我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态二、判别标准)(4000012000Re)(2300Re不稳定较稳定dVdVcccc我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态圆管：取)(2300)(2300Re紊流层流Vd2300RedVcc非圆管：442dddR定义水力半径 为特征长度.相对于圆管有AR

5、 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态)(575)(575Re紊流层流VR故取575423004RedVRVccc我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基本方程

6、恒定均匀流基本方程对如图所示定常均匀有压管流，由12建立伯努利方程，得： 流体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。)()(2211pzpzhf（1）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程2. 在s方向列动量方程，得：式中：lzzAlGlTApPApP2102211cos,0cos21GTPP（2）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基

7、本方程恒定均匀流基本方程3. 联立（1） 、（2），可得定常均匀流基本方程RJlhRRlhff00or 上式对层流、紊流均适用。（3）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程仿上述推导，可得任意r处的切应力：JR考虑到 ，有240rdR2rR 故 （线性分布）00rr我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程由均匀流基本

8、方程 计算 ，需先求出 。Rlhf0fh0),(10RVf因0),(Re,20VRf据定理：220)(Re,VRf故我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程8/)/(Re,2 Rf令 ，并考虑到 ，Rd4Rlhf0fh式中， 为沿程阻力系数，一般由实验确定。)/(Re,df代入 可得沿程水头损失 的通用公式达西公式：gVdlhf22我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一

9、个活的生物5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动据 dd21yurJrrJud2drry0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动积分rrurrJu0d4d0得：)(4220rrJu旋转抛物面分布我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动最大流速：200max4rJuur流量：4402200A1288d2)(4d0dJrJrr

10、rrJAuQr我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动28max20urJAQv我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动208rJv由和lhJf得：vrlhf208gvdl2Re642)(0 . 1vhf2,Re0drvd我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜

11、测没有错：表里边有一个活的生物5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动与hf的通用公式比较，可得圆管层流时沿程阻力系数：(Re)Re64f33.1Ad)(0.2Ad)(A2A3AvuAvu我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动主要特征：流体质点相互掺混，作无定向、无规则的运动，运动要素在时间和空间都是具有随机性质的运动。 严格来讲，紊流总是非恒定的。 时间平均紊流：恒定紊流与非恒定紊流的含义。 紊流的脉动性使过流断面上的流速分布比层流的更均匀，但能量损失比层

12、流更大。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动紊流切应力包括1和紊流附加切应力2两部分，即21其中：2221ddddyuyuy01ryy这里 称为混合长度，可用经验公式 或 计算。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动Re8 .32 dl水力光滑、水力粗糙的含义。粘性底层 一般只有十分之几个毫米，但对流动阻力的影响较大。l

13、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动粘性底层区 )(ly)( 2*线性分布yvu式中： 0*v剪切流速 紊流核心区)(ly)( ln*对数曲面分布cyvu我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动Johann Nikuradse我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证

14、实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动5.0ded=5.85.4 5.6d6.0fdddd150410141252111203016113.4lg(100l)0.70.60.50.40.30.2b2.6 2.83.23.01.11.00.90.8a5.2lg Re3.83.64.0 4.2c4.84.64.4我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动层流区（I）：Re64(Re) f层、紊流过渡（）：(Re)f紊流过渡区（

15、）： )(Re,df)( )(ldf紊流粗糙区（）： 紊流光滑区（）： )( (Re)lf我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动层、紊流过渡区（）： 空白层流区（I）： )( Re64理论与实际完全一致0 . 1vhf紊流光滑区（）： )( Re .31600.25布拉休斯公式75. 1vhf紊流过渡区（）： )( )867. 01 (0179. 03 . 03 . 0舍维列夫公式vd我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里

16、呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动)( 74.1lg22-0尼古拉兹公式r紊流粗糙区（）： )( 11. 025. 0希弗林松公式 d)( 0210.03 .0舍维列夫公式d2Vhf)( )Re51. 27 . 3lg(2柯列勃洛克公式d适合紊流区的公式： )( Re6811. 025. 0阿里特苏里公式）（d我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动为便于应用，莫迪将其制成莫迪图。Lewis

17、Moody我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.6 局部水头损失局部水头损失旋涡区的存在是造成局部水头损失的主要原因。 局部水头损失与沿程水头损失一样，也与流态有关，但目前仅限于紊流研究，且基本为实验研究。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.6 局部水头损失局部水头损失1.从12建立伯努利方程，可得gvvpzpzhm2)()(2222112211（1）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，

18、为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.6 局部水头损失局部水头损失2.在s方向列动量方程)(cos112221vvQGTPP式中：环PApP111环ApAp11121Ap引入实验结果12AAA环0T cos 212222lzzlAGApP（2）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.6 局部水头损失局部水头损失3.联立（1）、（2），并取 ，得0 . 12121gvvhm2)(221（包达公式）2211vAvAgvgvAAgvgvAA

19、2212212222221221121221我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物5.6 局部水头损失局部水头损失gvhm22式中：=f(Re,边界情况)，称为局部阻力系数，一般由实验确定。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例题例题1 1水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的Re2/Re1=?因vdRe24dQvddQ145 . 0)/ 1/()/ 1 (Re/Re211212dddd故我

20、吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例题例题2 2gvH200002如图所示管流，已知：如图所示管流，已知：d d、l l、H H、进进、阀门。阀门。 求：管道通过能力求：管道通过能力Q Q。gvgvgvdl222222阀门进我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例题例题2 2得流速据连续性方程得流量阀门进dlgHv224dAvQ阀门进dlgH2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这

21、样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物普朗特简介普朗特简介n普朗特普朗特（18751953），德国物理学家，近代力学奠基人之一。1875年2月4日生于弗赖辛，1953年8月15日卒于格丁根。他在大学时学机械工程，后在慕尼黑工业大学攻弹性力学，1900年获得博士学位。1901年在机械厂工作，发现了气流分离问题。后在汉诺威大学任教授时，用自制水槽观察绕曲面的流动，3年后提出边界层理论，建立绕物体流动的小粘性边界层方程，以解决计算摩擦阻力、求解分离区和热交换等问题。奠定了现代流体力学的基础。普朗特在流体力学方面的其他贡献有：风洞实验技术。他认为研究空气动力学

22、必须作模型实验。1906年建造了德国第一个风洞（见空气动力学实验），1917年又建成格丁根式风洞。机翼理论。在实验基础上，他于19131918年提出了举力线理论和最小诱导阻力理论 ，后又提出举力面理论等。湍流理论。提出层流稳定性和湍流混合长度理论。此外还有亚声速相似律和可压缩绕角膨胀流动，后被称为普朗特-迈耶尔流动。他在气象学方面也有创造性论著。 普朗特在固体力学方面也有不少贡献。他的博士论文探讨了狭长矩形截面梁的侧向稳定性。1903年提出了柱体扭转问题的薄膜比拟法 。他继承并推广了A.J.C.B.de圣维南所开创的塑性流动的研究 。T.von卡门在他指导下完成的博士论文是关于柱体塑性区的屈曲问题。普朗特还解决了半无限体受狭条均匀压力时的塑性流动分析。著有普朗特全集、流体力学概论，此外还与O.G.蒂琼合写应用水动力学和空气动力学（1931）等 。