第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失

,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.1概述,水头损失的成因与分类：液流阻力与水头损失的关系：水流损失的计算：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.2水头损失的分类,一、沿程阻力和沿程损失,1.沿程阻力:在边界的几何形状和尺寸沿程不变或缓变的情况下，流体的内部以及流体与固体边界之间存在沿程不变的内摩擦力。,2.沿程损失：由于沿程阻力作功引起的水头损失，用表示。,二、局部阻力和局部损失,1.局部阻力:流体流经固体边界急剧改变的区域时，流速大小、方向迅速改变，流动急剧调整产生的流动阻力。,2.局部损失:流体克服这种局部阻力而产生的水头损失，用表示。,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,雷诺实验：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,沿程水头损失和平均流速的关系：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,沿程水头损失和平均流速的关系：,层流：,紊流：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,流态的判别雷诺（Reynolds）数：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,雷诺（Reynolds）数的物理意义：水流的惯性力与黏滞力之比,特征流速,特征长度,运动黏滞系数,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,非圆管流的雷诺（Reynolds）数：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,水力要素,1湿周：过流截面与固体边界相接触的线段长度，用表示（实线）。湿周的大小在一定程度上反映了流动阻力的大小，在过流截面面积相同的条件下，湿周越长，流动阻力越大。,2水力半径：过流截面面积与对应湿周的比值，用表示。,圆管,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.3液体运动的两种流态层流和紊流,3当量直径:当非圆管流与某一圆管流的过流能力相当时，即两者的水力半径相同时，圆管的直径为非圆管流的当量直径，用表示。,对于非圆管流动，其下临界雷诺数为,若采用水力半径来定义雷诺数，则,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.4均匀流基本方程,切应力与沿程损失的关系,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.4均匀流基本方程,切应力与沿程损失的关系,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.4均匀流基本方程,摩阻流速,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.4均匀流基本方程,切应力的分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,圆管均匀层流流速分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,圆管均匀层流流量,哈根泊肃叶定律：,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,圆管均匀层流断面平均流速,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,圆管均匀层流沿程损失hf及沿程水头损失系数,理论验证了雷诺实验结果,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,圆管均匀层流沿程损失hf及沿程水头损失系数,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,圆管均匀层流动能校正系数和动量校正系数,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,二元明渠均匀层流流速分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,二元明渠均匀层流流速分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,二元明渠均匀层流流量和断面平均流速,单宽流量,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,二元明渠均匀层流沿程水头损失,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,沿程水头损失的一般公式,达西-威斯巴赫（Darcy-Weisbach)公式,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,摩阻流速,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.5层流运动,例4.1,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流的脉动现象和时均概念紊流的特点(1)有涡性(2)不规则性(3)扩散性(4)三元性(5)耗能性(6)连续性,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流的脉动现象和时均概念,激光流速仪,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流的脉动现象和时均概念,时均恒定,时均非恒定,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流切应力,普朗特混合长理论,紊流的动量传递理论和掺长,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流切应力,质量,动量,冲量,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流切应力,假设动量交换经过一定距离后一次完成假设脉动流速与时均流速差成比例.,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流切应力,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流的黏性底层,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流运动,紊流的水力光滑与水力粗糙,绝对粗糙度,相对粗糙度,水力光滑面,水力过渡粗糙面,水力粗糙面,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,对数流速分布,对数流速分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,对数流速分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,光滑管,粗糙管,指数流速分布,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,例4.2,例4.3,黏性底层的厚度,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,黏性底层的厚度,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,黏性底层的厚度,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,理论厚度,黏性底层的厚度,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.7紊流的流速分布,黏性底层,过渡层,紊流核心,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.9尼古拉兹试验,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.9尼古拉兹试验,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.10谢才公式,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.11局部水头损失,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.11局部水头损失,S方向的压力：A1上的压力，p1A1；A2上的压力，p2A2；A2A1，p1（A2A1）重力，摩擦阻力不计,第四章层流和紊流、液流阻力和水头损失,4.11局部水头损失,S方向的压力：A1上的压力，p1A1；A2上的压力，p2A2；A2A1，p1