流动阻力解析课件.ppt
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1、2022-12-5流动阻力和水头损失1内容提要内容提要:主要讲解主要讲解液体处于运动状态液体处于运动状态下的下的阻力存阻力存在在的原因以及能量方程中的的原因以及能量方程中的水头损失水头损失的的计算;讨论计算;讨论沿程阻力系数沿程阻力系数和和局部阻力系局部阻力系数数与与流动边界流动边界之间的关系和影响之间的关系和影响。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失2问题:理想液体和实际液体的区别?问题:理想液体和实际液体的区别?有无粘滞性是理想液体和实际液体的本质区别。有无粘滞性是理想液体和实际液体的本质区别。粘滞性是液流产生水头损失的决定因素。粘滞性是液流产生水头损失
2、的决定因素。水头损失的物理概念及其分类水头损失的物理概念及其分类 水头损失:单位重量的液体自一断面流至另一水头损失:单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。断面所损失的机械能。一、分类:一、分类:根据流动边界情况根据流动边界情况 沿程水头损失沿程水头损失 局部水头损失局部水头损失 流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失31、沿程水头、沿程水头(阻力阻力)损失损失hf 定义:定义:水头损失水头损失沿程均有沿程均有并随沿程长度增加。主要并随沿程长度增加。主要由于由于液体液体与与管壁管壁以及以及液体本身液体本身的的内部摩擦内部摩擦,使得液,使得液体体能量能
3、量沿程降低。沿程降低。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失4特点:特点:1)沿程阻力均匀地分布在整个沿程阻力均匀地分布在整个均匀流均匀流流段上;流段上;2)沿程阻力与管段的长度成正比。沿程阻力与管段的长度成正比。u1u2abcdhf a-bhj bhj ahf b-chj chf c-dv22/(2g)hw=hf+hjv12/(2g)流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失52、局部水头(阻力)损失、局部水头(阻力)损失hj 定义:定义:局部区域内液体质点由于局部区域内液体质点由于相对运动相对运动产生较大产生较大能量损失。能量
4、损失。特点:能损发生在流动特点:能损发生在流动边界边界有有急变急变的流域及其附近的流域及其附近流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失6常见的发生局部水头损失区域常见的发生局部水头损失区域 只要局部地区边界的形状或大小改变,液流内部结构就要急剧调整,流速分布进行改组流线发生弯曲并产生旋涡,在这些局部地区就有局部水头损失。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失7(1)液体具有粘滞性。(2)由于固体边界的影响,液流内部质点之间 产生相 对运动。液体具有粘滞性是主要的,起决定性作用。液流产生水头损失的两个条件液流产生水头损失的两个条件
5、 流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失8式中:代表该流段中各分段的沿程水头损 失的总和;代表该流段中各种局部水头损失的 总和。jfwhhhfhjh 液流的总水头损失液流的总水头损失hw 流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失9二、二、水头损失的计算公式水头损失的计算公式沿程阻力损失的计算公式为沿程阻力损失的计算公式为:hf=(l/d)v2/(2g)局部局部阻力损失的计算公式为阻力损失的计算公式为:hj=v2/(2g)流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失10hf与与hj的比较:的比较:相同:
6、相同:都是由于液体在运动过程中克服阻力而引起都是由于液体在运动过程中克服阻力而引起不同:不同:沿程阻力沿程阻力主要为主要为“摩擦阻力摩擦阻力”;局部阻力局部阻力主要是因为固体边界形状突然改变,主要是因为固体边界形状突然改变,从而引起水流从而引起水流内部结构内部结构遭受破坏,产生遭受破坏,产生漩涡漩涡,以及,以及局部阻力之后,水流还要局部阻力之后,水流还要重新调整重新调整整体结构以适应整体结构以适应新的均匀流条件所造成的。新的均匀流条件所造成的。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失11雷诺实验雷诺实验层流与紊流层流与紊流一、雷诺试验一、雷诺试验 流动阻力和水头
7、损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失12流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失13层流:层流:各层质点互不掺混各层质点互不掺混紊流:紊流:随机脉动的流动随机脉动的流动过渡流:过渡流:层流与紊流之间的层流与紊流之间的流动流动流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失14临界速度:临界速度:流态转变时的速度。流态转变时的速度。下临界速度:由紊流转变为层流时的速度下临界速度:由紊流转变为层流时的速度vc 上临界速度:由层流转变为紊流时的速度上临界速度:由层流转变为紊流时的速度vc实验证明,实验证明,vc远小于远小于
8、vc通过正反两种实验情况,雷诺得出如下结果:通过正反两种实验情况,雷诺得出如下结果:当当v vc时,流体作紊流运动;时,流体作紊流运动;当当v vc时,流体作层流运动;时,流体作层流运动;当当vc v vc时,流态不稳,可能是层流也可能时,流态不稳,可能是层流也可能是紊流。是紊流。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失15二、雷诺数与其临界值二、雷诺数与其临界值 雷诺从一系列试验中发现:雷诺从一系列试验中发现:1)不同种类不同种类液体在液体在相同直径相同直径的管中进行实验,所的管中进行实验,所测得的临界速度是各不相同的;测得的临界速度是各不相同的;2)同种液体
9、同种液体在在不同直径不同直径的管中实验,所得的临界的管中实验,所得的临界速度也不同。速度也不同。故判定临界速度是液体的物理性质(故判定临界速度是液体的物理性质(,)和管径(和管径(d)的函数。的函数。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失16液体形态的判别液体形态的判别 雷诺数:雷诺数:临界雷诺数:临界雷诺数:液流型态开始转变时的雷诺数。对圆管:对明渠及天然河道 ddRe2300Re c500ReRc流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失17 对于非圆管,如矩形、三角形、环形管等,管道对于非圆管,如矩形、三角形、环形管等,管道
10、的特征尺寸是管道的的特征尺寸是管道的当量直径当量直径(或称水力直径),(或称水力直径),即:即:d=4A/而过流断面面积与湿周之比为水力半径,故而过流断面面积与湿周之比为水力半径,故 d =4R流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失18圆管中的圆管中的层流层流运动运动 在实际工作中,虽然绝大多数流动为紊流运动,在实际工作中,虽然绝大多数流动为紊流运动,但层流运动也存在于某些小管径,小流速的管道中但层流运动也存在于某些小管径,小流速的管道中或粘性较大的机械润滑系统的输油管中。或粘性较大的机械润滑系统的输油管中。流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-
11、5流动阻力和水头损失19一、流动特性一、流动特性 层流时,粘性起主要作用,在管壁处因液体被层流时,粘性起主要作用,在管壁处因液体被粘附在管壁上,故流速为粘附在管壁上,故流速为0。牛顿液体:牛顿液体:=dv/dy =dv/d(r0-r)=-dv/dr流动阻力和水头损失流动阻力和水头损失2022-12-5流动阻力和水头损失20二、速度分布二、速度分布上式代入均匀流方程上式代入均匀流方程 =R(hf/l)=RJ -dv/dr=(r/2)J积分得积分得:v=-Jr2/(4)+Const当当r=r0时,时,v=0,得积分常数为:得积分常数为:Const=Jr02/(4)流动阻力和水头损失流动阻力和水头损
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