5 粘性流体流动及阻力.ppt

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1、Fluid Mechanics流体力学流体力学河北工程大学机电学院河北工程大学机电学院河北工程大学机电学院河北工程大学机电学院Contents 流体及其物理性质流体及其物理性质1流体静力学流体静力学2Click to add Title3Click to add Title4 绪言绪言05 5 粘性流体流动及阻力粘性流体流动及阻力5 5 粘性流体流动及阻力粘性流体流动及阻力本章要求本章要求v了解沿程水头损失和局部水头损失的产生原因；了解沿程水头损失和局部水头损失的产生原因；v理解实际流体的两种流态及其判别准则。理解实际流体的两种流态及其判别准则。v了解湍流特征，湍流阻力及混合长度理论；了解湍流

2、特征，湍流阻力及混合长度理论；v理解圆管内层流的沿程水头计算公式推导；理解圆管内层流的沿程水头计算公式推导；v理解尼古拉兹人工粗糙管实验及其分区，莫迪图等；理解尼古拉兹人工粗糙管实验及其分区，莫迪图等；v掌握圆管内沿程损失阻力系数的主要计算公式；掌握圆管内沿程损失阻力系数的主要计算公式；v掌握非圆管的水力半径、当量直径及其阻力计算；掌握非圆管的水力半径、当量直径及其阻力计算；v掌握圆管中突然扩大等局部水头损失的计算及工程应用；掌握圆管中突然扩大等局部水头损失的计算及工程应用；v掌握减小阻力的措施。掌握减小阻力的措施。1.从机理上理解紊流脉动、雷诺应力、流速分布等。从机理上理解紊流脉动、雷诺应力

3、、流速分布等。2.达西公式。达西公式。重点：重点：1.流体的流动状态；流体的流动状态；2.沿程损失的物理成因及其计算；沿程损失的物理成因及其计算；3.局部损失的物理成因及其计算。局部损失的物理成因及其计算。难点：难点：本章重点与难点本章重点与难点主要内容主要内容5.1 流动阻力的分类流动阻力的分类5.2 粘性流体的两种流动状态粘性流体的两种流动状态5.3 圆管中的层流流动圆管中的层流流动5.4 缝隙流缝隙流5.5 圆管中的紊流流动圆管中的紊流流动5.6 沿程阻力系数沿程阻力系数5.7 局部阻力系数局部阻力系数4.24.7：沿程水头损失：沿程水头损失：沿程水头损失系数：沿程水头损失系数4.8：局

4、部水头损失：局部水头损失：局部水头损失系数：局部水头损失系数4.1：阻力产生原因及分类：阻力产生原因及分类章节结构章节结构3：伯努利方程阻力损失：伯努利方程阻力损失hw4.2：与流态有关与流态有关4.3、4.5：层流流态情形：层流流态情形4.4、4.6、4.7：紊流流态情形：紊流流态情形引引 言言流动阻力与能量损失流动阻力与能量损失流体的流体的流动阻力流动阻力实际流动中，由于流体与固体壁面间存在吸附力，流实际流动中，由于流体与固体壁面间存在吸附力，流体质点间存在内摩擦力，使得过流断面上各点的流动体质点间存在内摩擦力，使得过流断面上各点的流动速度有所不同，流速低者与流速高者之间存在着的相速度有所

5、不同，流速低者与流速高者之间存在着的相互牵制作用力。互牵制作用力。流动中的流动中的能量损失能量损失流体流动中，克服流动阻力所消耗部分机械能量。对流体流动中，克服流动阻力所消耗部分机械能量。对于单位重量流体的能量损失称为于单位重量流体的能量损失称为比能损失比能损失(或或水头损水头损失失)。5.1 流动的分类流动的分类 一、阻力产生的原因一、阻力产生的原因一、阻力产生的原因一、阻力产生的原因 二、流动阻力及水头损失的分类二、流动阻力及水头损失的分类二、流动阻力及水头损失的分类二、流动阻力及水头损失的分类一、阻力产生的原因：一、阻力产生的原因：外因：外因：1.断面面积及几何形状断面面积及几何形状2.

6、管路长度管路长度3.管壁粗糙度管壁粗糙度内因：内因：1.运动流体内部质点之间的相互摩擦，产生动量交换。运动流体内部质点之间的相互摩擦，产生动量交换。2.运动流体内部指点之间的相互碰撞，产生动量交换。运动流体内部指点之间的相互碰撞，产生动量交换。v 外因：外因：1.断面面积及几何形状断面面积及几何形状面积：面积：A湿周：湿周：过流断面上与流体相接触的固体边界的长度过流断面上与流体相接触的固体边界的长度水力半径：水力半径：断面面积和湿周长度之比断面面积和湿周长度之比i 求（求（1）圆管、（）圆管、（2）套管、（）套管、（3）矩形渠道的水力半径：）矩形渠道的水力半径：dv外因：外因：1.断面面积及几

7、何形状断面面积及几何形状i i 求（求（1）圆管、（）圆管、（2）套管、（）套管、（3）矩形渠道的水力半径：）矩形渠道的水力半径：Ddabv单独的单独的面积面积或者或者湿周湿周不能作为衡量管道阻力大小的标不能作为衡量管道阻力大小的标准。准。v水力半径水力半径可以单独衡量管路水流阻力的大小。可以单独衡量管路水流阻力的大小。水力半径与水流阻力呈反比。水力半径与水流阻力呈反比。n水力半径越大，阻力越小；水力半径越大，阻力越小；n水力半径越小，阻力越大。水力半径越小，阻力越大。说明说明:v如下几种矩形管道，水流满管流动，试比较各自的阻力大如下几种矩形管道，水流满管流动，试比较各自的阻力大小。小。aa2

8、a0.5a1.5a0.5a 说明说明:2.管路长度管路长度 L水流阻力与管长成正比。水流阻力与管长成正比。3.管壁粗糙度管壁粗糙度绝对粗糙度绝对粗糙度壁面上粗糙突起的高度。壁面上粗糙突起的高度。平均粗糙度平均粗糙度壁面上粗糙颗粒的平均高度或突起高壁面上粗糙颗粒的平均高度或突起高 度的平均值。以度的平均值。以表示。表示。相对粗糙度相对粗糙度/D，管路绝对粗糙度相对于管径的，管路绝对粗糙度相对于管径的 无量纲比值。无量纲比值。一般而言，管路越粗糙，水流阻力越大。一般而言，管路越粗糙，水流阻力越大。v内因：内因：通过流动状态观察实验，可发现：通过流动状态观察实验，可发现：当管内当管内流速较小流速较小

9、时，流体质点有序前进，质点之间以相互时，流体质点有序前进，质点之间以相互摩擦为主摩擦为主，局部障碍处存在质点碰撞；，局部障碍处存在质点碰撞；随着管内随着管内流速增加流速增加，流体质点开始发生碰撞，最终几乎以，流体质点开始发生碰撞，最终几乎以碰撞为主碰撞为主。流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，流体质点流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，流体质点由于相互由于相互摩擦摩擦所表现出的所表现出的粘性粘性，以及质点，以及质点撞击撞击引起速度变引起速度变化所表现出的化所表现出的惯性惯性，才是，才是流动阻力产生的根本原因流动阻力产生的根本原因。二、流动阻力及水头损失的分类：二、流动阻力及水头损失

10、的分类：根据阻力产生的外部条件的不同，可将流动阻力分为：根据阻力产生的外部条件的不同，可将流动阻力分为：沿程阻力：沿程阻力：粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗，是粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗，是液流沿流程液流沿流程直管直管段上所产生的阻力。段上所产生的阻力。局部阻力：局部阻力：液流中流速重新分布，旋涡中粘性力做功和质点液流中流速重新分布，旋涡中粘性力做功和质点碰撞产生动量交换，是液流经过碰撞产生动量交换，是液流经过管路进口、出口、大小头、管路进口、出口、大小头、弯头、闸门、过滤器等局部管件弯头、闸门、过滤器等局部管件时产生的阻力。时产生的阻力。与之相对应，管路总水头损失可写为：与

11、之相对应，管路总水头损失可写为：沿程水头损失沿程水头损失hf：液流因克服沿程阻力而产生的水头损失。液流因克服沿程阻力而产生的水头损失。局部水头损失局部水头损失hj：液流因克服局部阻力而产生的水头损失。液流因克服局部阻力而产生的水头损失。水头损失分类水头损失分类沿程损失沿程损失均匀流中流体所受阻力称为均匀流中流体所受阻力称为沿程阻力沿程阻力。克服这种阻力所耗损的能量，称为克服这种阻力所耗损的能量，称为沿程损失沿程损失。对于单位重量流体，则称为对于单位重量流体，则称为沿程水头损失沿程水头损失(Frictional head loss)，记作记作hf。局部损失局部损失非均匀流中流体所受阻力称为非均匀

12、流中流体所受阻力称为局部阻力局部阻力。克服这种阻力所耗损的能量，称为克服这种阻力所耗损的能量，称为局部损失局部损失。对于单位重量流体，则称为对于单位重量流体，则称为局部水头损失局部水头损失(Local head loss)，记作记作hm。总总水头线水头线测压管水头线测压管水头线5.2 5.2 粘性流体的两种流动状态粘性流体的两种流动状态v水流因流速的不同，有两种不同的流态水流因流速的不同，有两种不同的流态层流、紊流层流、紊流。由此导致流体在流动过程中：由此导致流体在流动过程中：断面速度分布规律不同断面速度分布规律不同阻力损失规律不同阻力损失规律不同v因此，要讨论水流流动时的速度分布及阻力损失规

13、律，必因此，要讨论水流流动时的速度分布及阻力损失规律，必须首先对水流流态有所认识并加以判别须首先对水流流态有所认识并加以判别雷诺雷诺（Reynolds）实验）实验。一、雷诺（一、雷诺（一、雷诺（一、雷诺（ReynoldsReynoldsReynoldsReynolds）实验）实验）实验）实验 二、流态的判别二、流态的判别二、流态的判别二、流态的判别 三、流态与沿程水头损失的关系三、流态与沿程水头损失的关系三、流态与沿程水头损失的关系三、流态与沿程水头损失的关系v实验结论实验结论 1：当流速较小时，各流层流体质点互相平行前进，质点间互当流速较小时，各流层流体质点互相平行前进，质点间互不干扰，没有

14、横向位置的交换。流动状态主要表现为质点不干扰，没有横向位置的交换。流动状态主要表现为质点摩擦摩擦层流流态层流流态。一、雷诺一、雷诺（Reynolds）实验实验v1883年，雷诺（年，雷诺（Reynolds）通过实验揭示了不同流态的流）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如图所示。动实质。实验装置如图所示。v实验结论实验结论 2：当流速较大时，流体质点在运动中有横向位置的交换，各当流速较大时，流体质点在运动中有横向位置的交换，各流层之间质点相互混掺、互相碰撞、杂乱无章的向前运动流层之间质点相互混掺、互相碰撞、杂乱无章的向前运动紊流流态。紊流流态。一、雷诺一、雷诺（Reynolds）实验实验

15、v1883年，雷诺（年，雷诺（Reynolds）通过实验揭示了不同流态的流）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如图所示。动实质。实验装置如图所示。v实验结论实验结论 3：层流到紊流的中间过渡状态称为临界状态。层流到紊流的中间过渡状态称为临界状态。一、雷诺一、雷诺（Reynolds）实验实验v1883年，雷诺（年，雷诺（Reynolds）通过实验揭示了不同流态的流）通过实验揭示了不同流态的流动实质。实验装置如图所示。动实质。实验装置如图所示。方法一：方法一：临界流速临界流速vc（上临界流速）（上临界流速）、vc（下临界流速）（下临界流速）v由零流速逐渐加大流速，使水流从层流过渡至紊流，其

16、临界状态由零流速逐渐加大流速，使水流从层流过渡至紊流，其临界状态下的流速即为下的流速即为vc（上临界流速）；（上临界流速）；v由紊流逐渐减小流速，使水流从紊流过渡至层流，其临界状态下由紊流逐渐减小流速，使水流从紊流过渡至层流，其临界状态下的流速即为的流速即为vc（下临界流速）。（下临界流速）。v上临界流速与下临界流速并不相等，有：上临界流速与下临界流速并不相等，有：vcRec必要条件必要条件为什么为什么RecRec，且数值不稳定？，且数值不稳定？v对于流速逐渐加大，层流对于流速逐渐加大，层流紊流的正过程。紊流的正过程。层流形成紊流的先层流形成紊流的先决条件是涡体的形成，必要条件是决条件是涡体的

17、形成，必要条件是ReRec。如果流动外部环境如果流动外部环境非常平稳，没有外部扰动。即使非常平稳，没有外部扰动。即使ReRec，涡体没有形成，流态，涡体没有形成，流态仍可能持续保持层流。一旦遇到外部扰动，涡体形成，流态即转仍可能持续保持层流。一旦遇到外部扰动，涡体形成，流态即转化为紊流。化为紊流。此时的临界值为此时的临界值为Rec。因此：。因此：Rec Rec。而且，受。而且，受外界干扰的影响，外界干扰的影响，Rec数值不稳定。数值不稳定。v对于流速减小，紊流对于流速减小，紊流层流的逆过程。层流的逆过程。紊流本身存在涡体。紊流本身存在涡体。随随着着Re的减小，当的减小，当Re时，时，管壁粗糙度

18、管壁粗糙度对对紊流核紊流核心区的流动几乎没有影响，流体像是在由粘性底层构心区的流动几乎没有影响，流体像是在由粘性底层构成的光滑管路中流动。成的光滑管路中流动。对对流动阻力流动阻力的的影响不计，称为影响不计，称为水力光滑。水力光滑。l l紊流核心区紊流核心区层流底层区层流底层区2.水力粗糙（管）水力粗糙（管）当当l 时，时，管壁粗糙度管壁粗糙度暴露于暴露于紊流核心区内，粗糙度导致流体质点之间碰撞、产生紊流核心区内，粗糙度导致流体质点之间碰撞、产生旋涡，增加了能量损失。旋涡，增加了能量损失。对流动阻力有很大影响，称对流动阻力有很大影响，称为水力粗糙。为水力粗糙。l l层流底层区层流底层区紊流核心区

19、紊流核心区说明：说明：1.水力光滑和水力粗糙是相对而言。随着水力光滑和水力粗糙是相对而言。随着v增加，增加，Re增加，增加，粘性底层厚度不断减小，管路可能由水力光滑转变为水力粘性底层厚度不断减小，管路可能由水力光滑转变为水力粗糙。粗糙。2.几何粗糙度几何粗糙度是绝对的，水力粗糙是相对的。常用管路的是绝对的，水力粗糙是相对的。常用管路的几何粗糙度可查表几何粗糙度可查表4-6（Page：124）。）。3.混合摩擦介于水力光滑和水力粗糙之间。混合摩擦介于水力光滑和水力粗糙之间。v紊流中的切应力仍满足紊流中的切应力仍满足“K”型分布。型分布。其中包括粘性切应力其中包括粘性切应力和附加切应力两部分。在粘

20、性底层附近，粘性切应力占主导和附加切应力两部分。在粘性底层附近，粘性切应力占主导作用；在紊流核心区，紊流附加切应力占主导作用。作用；在紊流核心区，紊流附加切应力占主导作用。五、紊流切应力分布五、紊流切应力分布粘性切应力是由流体分子运动造粘性切应力是由流体分子运动造成的，由牛顿内摩擦定律确定；成的，由牛顿内摩擦定律确定；附加切应力（雷诺应力）是由于附加切应力（雷诺应力）是由于流体质点混杂，产生动量交换和流体质点混杂，产生动量交换和能量消耗而产生的，基于混合长能量消耗而产生的，基于混合长理论给出计算公式。理论给出计算公式。1.尼古拉兹经验公式尼古拉兹经验公式水力光滑管内完全发展紊流的速度分布：水力

21、光滑管内完全发展紊流的速度分布：粘性底层粘性底层速度线性分布速度线性分布过渡区过渡区对数分布对数分布紊流核心区紊流核心区对数分布对数分布水力粗糙管内完全发展紊流的速度分布：水力粗糙管内完全发展紊流的速度分布：紊流核心区紊流核心区对数分布对数分布六、紊流速度分布六、紊流速度分布2.指数分布经验公式指数分布经验公式Re2000Re)q湍流粗糙管湍流粗糙管()1933年尼古拉兹测定了管流沿程阻力系数和流速分布。年尼古拉兹测定了管流沿程阻力系数和流速分布。沿程阻力系数的影响因素：沿程阻力系数的影响因素：f(Re，/d)沿程阻力系数的测定沿程阻力系数的测定尼古拉兹应用类似于下图的实验管道，采用人工粗糙管

22、尼古拉兹应用类似于下图的实验管道，采用人工粗糙管进行实验。进行实验。/d=1/301/1014。实测不同流量的。实测不同流量的v和和hf，由，由二、尼古拉兹实验二、尼古拉兹实验(Nikuradses Sand-roughened-pipe Tests)和和 算出算出Re和和，并绘在对数坐标纸上，并绘在对数坐标纸上尼古拉兹曲线图尼古拉兹曲线图。流流体体阻阻力力综综合合实实验验台台尼古拉兹曲线图尼古拉兹曲线图阻力分区及阻力分区及 计算公式计算公式q区区，临界区临界区(2000Re4000)：f1(Re)q区区，紊流光滑区紊流光滑区(准平方区准平方区)(4000Re0.32(d/)1.28)：f2(

23、Re)，/d越大，实验点离开得越早。越大，实验点离开得越早。n尼古拉兹光滑区公式尼古拉兹光滑区公式(半经验公式半经验公式)n布拉修斯布拉修斯(Blusius)公式公式(经验公式经验公式)q区区，层流区层流区(Re2000)：区区，紊流过渡区紊流过渡区(0.32(d/K)1.28Re1000d/):=f(/d)n尼古拉兹粗糙区公式尼古拉兹粗糙区公式(半经验公式半经验公式)或或n希弗林松公式希弗林松公式(经验公式经验公式)三、莫迪图三、莫迪图v以以柯列勃洛克柯列勃洛克公式为基础，在工业管道进行类似的实验公式为基础，在工业管道进行类似的实验，绘出了绘出了莫迪图莫迪图。v当量糙粒高度当量糙粒高度实际工

24、程中，管壁粗糙度无法直接测得。实际工程中，管壁粗糙度无法直接测得。通过实验先测出管道的通过实验先测出管道的hf，再，再通过达西公式求出通过达西公式求出，然，然后再由尼古拉兹粗糙区公式反算出后再由尼古拉兹粗糙区公式反算出K，由此得到由此得到工业管工业管道的道的当量糙粒高度当量糙粒高度。常用工业管道当量糙粒高度见表常用工业管道当量糙粒高度见表6-1(参考书第参考书第186页页)。莫迪图与尼古拉兹实验曲线的不同之处。莫迪图与尼古拉兹实验曲线的不同之处。?莫迪图莫迪图莫迪图光滑管区过渡区紊流区混合摩擦区水力粗糙区层流区abcdfg尼古拉兹图光滑管区过渡区紊流区混合摩擦区水力粗糙区层流区流态流态判别标准

25、判别标准经验公式经验公式影响因素影响因素水头损失水头损失层流层流Re2000与与Re有关有关与与/d无关无关过渡区过渡区20003000与与Re有关有关与与/d无关无关混合混合摩擦摩擦与与Re、/d均有关均有关水力水力粗糙粗糙与与/d 有关有关与与Re无关无关问题问题2 2：两根管道，一根输油，一根输水，当直径，长度，边界粗糙度均相等，两根管道，一根输油，一根输水，当直径，长度，边界粗糙度均相等，运动粘度油运动粘度油 水时，若两管的雷诺数相等，问沿程水头损失的关系如何？水时，若两管的雷诺数相等，问沿程水头损失的关系如何？答：答：hf油油hf水水。满足雷诺数相等，则有速度油。满足雷诺数相等，则有

26、速度油水，沿程损失油水，沿程损失油水。水。问题问题1 1：有两根管道输送有两根管道输送流量流量相同，一根输油，一根输水，当直径、长度、边界相同，一根输油，一根输水，当直径、长度、边界粗糙度均相等时，沿程水头损失必然相等。粗糙度均相等时，沿程水头损失必然相等。判断一下！判断一下！答：错。只有当管流处于水力粗糙区时满足相等，沿程损失仅与答：错。只有当管流处于水力粗糙区时满足相等，沿程损失仅与/d 有关，有关，与与Re无关。无关。四、计算沿程水力摩阻四、计算沿程水力摩阻h hf f的步骤的步骤已知：已知：Q、d、L、，计算，计算hf。1.Re计算：计算：2.判别流态判别流态，确定，确定计算公式：层流

27、、紊流计算公式：层流、紊流水力光滑、水力光滑、混合摩擦、水力粗糙混合摩擦、水力粗糙3.根据根据达西公式计算达西公式计算：五、非圆管的水力摩阻计算五、非圆管的水力摩阻计算方法：把非圆管等效成圆管来计算方法：把非圆管等效成圆管来计算原则：水力半径相等，阻力相同原则：水力半径相等，阻力相同达西公式为：达西公式为：已知已知:d200mm,l3000m 的旧无缝钢管的旧无缝钢管,900 kg/m3,Qm90T/h,运运动粘性系数动粘性系数在冬天为在冬天为1.092 10-4 m2/s,夏天为夏天为0.355 10-4 m2/s。求：冬天和夏天的沿程损失求：冬天和夏天的沿程损失hf。解：解：查表：粗糙度查

28、表：粗糙度=0.2mm,/d=0.001或者可查莫迪图得或者可查莫迪图得2=0.0385。因此：因此：5.7 5.7 局部阻力系数局部阻力系数v管道中，流体流经变径管、分岔管、弯管、量水表、控制管道中，流体流经变径管、分岔管、弯管、量水表、控制闸门、拦污格栅等部件和设备时，均匀流动受到破坏，流闸门、拦污格栅等部件和设备时，均匀流动受到破坏，流速的大小、方向或分布发生变化，由此集中产生的流动阻速的大小、方向或分布发生变化，由此集中产生的流动阻力是力是局部阻力局部阻力，所引起的能量损失称为，所引起的能量损失称为局部水头损失局部水头损失，造，造成局部损失的部件和设备称为成局部损失的部件和设备称为局部

29、阻碍局部阻碍。v多数局部损失计算，必须借助于实验。多数局部损失计算，必须借助于实验。突扩管突扩管渐扩渐扩管管突突缩管缩管渐缩管渐缩管圆弯管圆弯管折弯管折弯管圆角分流三通圆角分流三通锐角合流三通锐角合流三通几几种种典典型型的的局局部部阻阻碍碍 一、局部水头损失的一般分析一、局部水头损失的一般分析一、局部水头损失的一般分析一、局部水头损失的一般分析 二、突然扩大管的局部损失二、突然扩大管的局部损失二、突然扩大管的局部损失二、突然扩大管的局部损失 三、其它局部阻碍的水头损失三、其它局部阻碍的水头损失三、其它局部阻碍的水头损失三、其它局部阻碍的水头损失 四、局部阻力之间的相互干扰四、局部阻力之间的相互

30、干扰四、局部阻力之间的相互干扰四、局部阻力之间的相互干扰 五、局部装置的当量管长五、局部装置的当量管长五、局部装置的当量管长五、局部装置的当量管长 六、能量损失的叠加六、能量损失的叠加六、能量损失的叠加六、能量损失的叠加 七、减小阻力的措施七、减小阻力的措施七、减小阻力的措施七、减小阻力的措施一、一、局部水头损失的一般分析局部水头损失的一般分析 局部水头损失产生的原因局部水头损失产生的原因流体流经局部阻碍处时，因惯性或反向压差作用，主流体流经局部阻碍处时，因惯性或反向压差作用，主流与壁面脱离，形成旋涡区。旋涡区内，集中耗能，流与壁面脱离，形成旋涡区。旋涡区内，集中耗能，同时旋涡运动质点被主流带

31、到下游，加剧下游一定范同时旋涡运动质点被主流带到下游，加剧下游一定范围主流的湍流强度，从而加大能量损失。围主流的湍流强度，从而加大能量损失。局部阻碍附近流速分布的改组，局部阻碍附近流速分布的改组，加大流速梯度及湍流加大流速梯度及湍流附加切应力，导致局部较集中的水头损失。附加切应力，导致局部较集中的水头损失。局部损失系数的影响因素局部损失系数的影响因素局部水头损失计算公式为局部水头损失计算公式为其中其中 局部局部阻力系数阻力系数，理论上，理论上 =f(局部阻碍形状，局部阻碍形状，/d，Re)由于受局部阻碍的强烈扰动作用，由于受局部阻碍的强烈扰动作用，Re较小时，流动就较小时，流动就已达到充分湍动

32、，此时已达到充分湍动，此时 =f(局部阻碍形状局部阻碍形状)v 对应的断面平均流速。对应的断面平均流速。q局部阻碍形式繁多，局部阻碍形式繁多，多由实验确定。多由实验确定。二、突然扩大管的局部损失二、突然扩大管的局部损失n由由联立联立(a)、(b)两式，即可导出局部阻力计算公式。两式，即可导出局部阻力计算公式。n在在整理后，得整理后，得中，中，则可整理成，则可整理成(a)(b)其中其中 利用连续方程利用连续方程v1A1=v2A2，上式可整理成为上式可整理成为或或及及均称为均称为局部阻力系数局部阻力系数。v其它如其它如突然缩小、渐扩管、渐缩管、管道进口、弯管、三突然缩小、渐扩管、渐缩管、管道进口、

33、弯管、三通、四通、各种闸阀通、四通、各种闸阀等阻力系数，可通过经验公式计算，等阻力系数，可通过经验公式计算，或直接查阅有关参考书或手册。或直接查阅有关参考书或手册。三、其它局部阻碍的水头损失三、其它局部阻碍的水头损失(略略)四、局部阻力之间的相互干扰四、局部阻力之间的相互干扰(略略)v以上测得的局部阻力系数以上测得的局部阻力系数，均以局部阻力前后为缓变流，均以局部阻力前后为缓变流，应用伯努利方程测定计算而来。如果两个管件距离较近，应用伯努利方程测定计算而来。如果两个管件距离较近，须注意其干扰的修正须注意其干扰的修正。五、局部装置的当量管长五、局部装置的当量管长 也可表示成为：也可表示成为：v其

34、中：其中：为局部阻力系数。为局部阻力系数。v取为取为局部装置后的流速局部装置后的流速（特例）。（特例）。vl l当当 称为称为当量长度当量长度 ：hj相当于相当于l当当长度的等径管产生的沿程长度的等径管产生的沿程水头损失水头损失hf。由局部阻力系数确定由局部阻力系数确定l当当的值。的值。掌握掌握六、能量损失的叠加六、能量损失的叠加v管路的总损失等于沿程损失与所有管件的局部损失之和：管路的总损失等于沿程损失与所有管件的局部损失之和：v计算管路总损失公式的其他形式计算管路总损失公式的其他形式式中，式中，为管中的实际长度为管中的实际长度l与所有局总装置的当量与所有局总装置的当量 管长之和，称为水力长

35、度（或计算长度）。管长之和，称为水力长度（或计算长度）。为管路阻力系数，简称为管路阻力系数，简称管阻管阻。七、减小阻力的措施七、减小阻力的措施v减小流动阻力的意义，如减小流动阻力的意义，如对于各种运载工具，减阻意味着减小发动机功率和节省对于各种运载工具，减阻意味着减小发动机功率和节省燃料消耗，或者在可能提供动力条件下提高航行速度。燃料消耗，或者在可能提供动力条件下提高航行速度。长距离输送原油等，减阻可大幅度降低能耗。长距离输送原油等，减阻可大幅度降低能耗。经常运转的各种管网系统，减阻在节省能源上有着实际经常运转的各种管网系统，减阻在节省能源上有着实际意义。意义。（一）减小沿程损失的措施（一）减

36、小沿程损失的措施v减小管内流动的阻力的途径有减小管内流动的阻力的途径有：.改进流体外部边界，改善边壁对流动的影响改进流体外部边界，改善边壁对流动的影响;减小管壁的粗糙度减小管壁的粗糙度用柔性边代替刚性边壁用柔性边代替刚性边壁.在流体内部投加极少量添加剂，使其影响流体运动的在流体内部投加极少量添加剂，使其影响流体运动的内部结构来实现减阻。内部结构来实现减阻。（二）减小局部损失的措施（二）减小局部损失的措施v关键在于防止或推迟流体与壁面的分离，将管件边壁加工关键在于防止或推迟流体与壁面的分离，将管件边壁加工成流线型，避免产生旋涡区或减小旋涡区的大小和强度。成流线型，避免产生旋涡区或减小旋涡区的大小

37、和强度。圆滑的进口可减少局部损失系数圆滑的进口可减少局部损失系数90%以上。以上。几种管道入口阻力系数几种管道入口阻力系数渐扩管形式可减少局部损失系数约一半。渐扩管形式可减少局部损失系数约一半。采用台阶式突扩管，阻力系数也可能有所减小。采用台阶式突扩管，阻力系数也可能有所减小。渐扩管渐扩管台阶式突扩管台阶式突扩管弯管应采用合理的弯曲半径弯管应采用合理的弯曲半径R(R为弯为弯管轴线的曲率半径管轴线的曲率半径)：R/d=1 4。为减小二次流损失，可在弯道内安装为减小二次流损失，可在弯道内安装导流叶片。导流叶片。可由没装导流叶片的可由没装导流叶片的 1.1降低到降低到0.3。弯道内的导流叶片弯道内的

38、导流叶片三通三通在总管中安装合流板或分流板。在总管中安装合流板或分流板。合流板与分流板合流板与分流板三通三通尽可能地减小支管与合流管间的夹角。如总管与支管尽可能地减小支管与合流管间的夹角。如总管与支管的轴线间夹角的轴线间夹角 30，尽可能不与总垂直联接。，尽可能不与总垂直联接。不得不垂直联接时，应尽量将联接处的折角改缓不得不垂直联接时，应尽量将联接处的折角改缓。减小夹角的三流减小夹角的三流切割折角的切割折角的“T”形三通形三通v已知：已知：l11.5m，D100mm，l28m，d80mm，0.015v求：求：hw？Q？v解：查表求解：查表求保险活门出口：保险活门出口：大小头大小头弯头：弯头：透

39、明过滤器：透明过滤器：闸门：闸门：由：由：其中：其中：且由连续性方程：且由连续性方程：取取0、2断面列伯努利方程，有：断面列伯努利方程，有：联立解得：联立解得：v泵工作情况如图。输送液粘度泵工作情况如图。输送液粘度 ，密度，密度 ，吸入段长吸入段长3m，排出段长，排出段长5m，管径，管径d=50mm，管粗糙度，管粗糙度=0.25mm，过，过滤器两端接一水银压差计，滤器两端接一水银压差计，h=0.15m，弯头局部水头损失系数，弯头局部水头损失系数 。系统流量。系统流量 。v求：求：过滤器局部损失系数过滤器局部损失系数 全管路水头损失全管路水头损失 泵的扬程以及有效功率泵的扬程以及有效功率ABCD

40、FG过滤器过滤器出口出口E泵泵h1m4m解：解：列列C C、D D断面伯努利方程：断面伯努利方程：且由测压计原理可知：且由测压计原理可知：其中，其中，全管路水头损失：全管路水头损失：取水池断面取水池断面1-1及管路出口断面及管路出口断面2-2，列伯努利方程：，列伯努利方程：可得泵的扬程为：可得泵的扬程为：泵的有效功率：泵的有效功率：内容小结内容小结阻力产生原因及分类阻力产生原因及分类与流态有关（雷诺实验）与流态有关（雷诺实验）层流流态层流流态NS方程方程圆管层流分析圆管层流分析紊流流态紊流流态雷诺方程雷诺方程因次分析、相似原理因次分析、相似原理通常由实验给定通常由实验给定突扩突扩(突缩突缩)管路除外管路除外