rAAA水流阻力和水头损失.ppt

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1、rAAA水流阻力和水头损失 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望4.1 液流边界层及分离现象一、液流边界层一、液流边界层(Liquid boundary layer)(Liquid boundary layer)19041904年，普朗特提出：年，普朗特提出：两个区域：两个区域：外部势流外部势流(Potential flow)(Potential flow)区：理想流体的无旋运动，区：理想流体的无旋运动，固体边界很薄的区域：剪切层，流动有旋，固体边界很薄

2、的区域：剪切层，流动有旋，实际流体实际流体 很大，需考虑液体的粘滞性，边界层厚度很大，需考虑液体的粘滞性，边界层厚度 很薄，很薄，定义：定义：层流：层流：理论分析与实验理论分析与实验紊流：紊流：理论分析与实验理论分析与实验二、边界层的分离现象AC段，顺压区；CB段，逆压区，粘性力与压差力的双重作用，液体倒流。能量：能量：acac段：压能转化为动能，段：压能转化为动能，一部分克服粘性切力所做一部分克服粘性切力所做的功，不产生回流。的功，不产生回流。cbcb段：动能转化压力势能，段：动能转化压力势能，克服粘性切力做的功，不克服粘性切力做的功，不足以维持达到足以维持达到b b点，粘性是点，粘性是产生

3、水头损失的根源。产生水头损失的根源。在分离点：在分离点：4.2 水流阻力与水流能量损失的物理概念一、作用于物体边界上的力一、作用于物体边界上的力 阻力系数阻力系数 升力升力 物体在来流方向垂直的投影面积物体在来流方向垂直的投影面积二、水头损失的物理概念、水头损失的分类 沿程水头损失沿程水头损失(Friction head loss)(Friction head loss)边界对水流的摩擦阻力损失一部分机械能边界对水流的摩擦阻力损失一部分机械能流层之间的相互摩擦力损失一部分机械能流层之间的相互摩擦力损失一部分机械能紊流、大小尺度不同的旋涡紊流、大小尺度不同的旋涡 局部水头损失局部水头损失(Loc

4、al head loss)(Local head loss)，边界层的分离产，边界层的分离产生旋涡要产生额外的水头损失，由于边界形状突然改生旋涡要产生额外的水头损失，由于边界形状突然改变而产生的变而产生的 。4.4 均匀沿程水头损失计算的一般表达式达西达西-魏斯巴哈公式：魏斯巴哈公式：圆管：圆管：沿程阻力系数沿程阻力系数19691969年，谢才公式：年，谢才公式：c c谢才系数，谢才系数，以以mm计计4.5 沿程阻力系数(friction velocity)和谢才系数(Chzys coefficient)的确定1933年，尼古拉兹进行了试验。一、定性规律一、定性规律 1.1.层流，层流，与理论

5、结果一致，与理论结果一致，实验点落在实验点落在abab上。上。2.2.过渡区，实用意义不大。过渡区，实用意义不大。3.3.（a a）实验点落在直线）实验点落在直线cdcd上，紊流光滑区，上，紊流光滑区，的不同决定于离开此曲线早晚不同。的不同决定于离开此曲线早晚不同。（b b）实验点落在）实验点落在cdcd线与线与efef线之间，紊流过渡区，线之间，紊流过渡区，（c c）实验点落在）实验点落在efef线右侧，紊流粗糙区，线右侧，紊流粗糙区，二、计算 的经验公式1.1.紊流光滑区：紊流光滑区：尼古拉兹公式：尼古拉兹公式：布拉休斯公式：布拉休斯公式：2.2.阻力平方区：阻力平方区：3.3.过渡粗糙区

6、：很复杂，人工粗糙管与自然粗糙管有所区别。过渡粗糙区：很复杂，人工粗糙管与自然粗糙管有所区别。柯列布鲁克公式：柯列布鲁克公式：三、穆地图 19381938年，蔡克士大，矩形明渠中实验，规律与尼年，蔡克士大，矩形明渠中实验，规律与尼古拉兹相同。古拉兹相同。四、谢才系数的计算 曼宁公式：曼宁公式：n0.02 R0.5m n n0.02 R0.5m n糙率糙率 巴甫洛夫斯基公式：巴甫洛夫斯基公式：4.6 局部水头损失(Local head loss)的计算 局部水头损失系数局部水头损失系数圆管突然扩大：圆管突然扩大：由能量方程得：由能量方程得：由动量方程得：由动量方程得：由实验得：由实验得：注意：查表时，注意：查表时，v v是针对哪个断面的平均流速。是针对哪个断面的平均流速。