第5部分流动阻力与水头损失-ppt课件

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本章重点掌握黏性流体的流动型态层流、紊流及其判别沿程水头损失计算部分水头损失计算5.1 概述一、章目解析从力学观念看，本章研讨的是流动阻力。 产生流动阻力的缘由：内因粘性+惯性外因外界干扰从能量观看，本章研讨的是能量损失水头损失。5.1 概述二、研讨内容内流如管流、明渠流等：研讨 的计算本章重点；外流如绕流等：研讨CD的计算。三、水头损失的两种方式hf ：沿程水头损失(由摩擦引起)；hm ：部分水头损失由部分干扰引起。wh总水头损失：mfwhhh5.2 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实验安装对粘性流体进展

2、实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。Osborne Reynolds (1842-1916)5.2 黏性流体的流动型态5.2 黏性流体的流动型态 雷诺在察看景象的同时，丈量 ，绘制 的关系曲线如下：Vhf,Vhflglg层流：0 . 1Vhf紊流：0 . 275. 1VhfAEBCD层流过渡区紊流5.2 黏性流体的流动型态二、判别规范)(4000012000Re)(2300Re不稳定较稳定dVdVcccc5.2 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 5.2 黏性流体的流动

3、型态)(575)(575Re紊流层流VR故取575423004RedVRVccc5.3 恒定均匀流根本方程5.3 恒定均匀流根本方程对如下图定常均匀有压管流，由12建立伯努利方程，得： 流体用于抑制阻力所耗费的能量全部由势能提供。)()(2211pzpzhf15.3 恒定均匀流根本方程2. 在s方向列动量方程，得：式中：lzzAlGlTApPApP2102211cos,0cos21GTPP25.3 恒定均匀流根本方程3. 联立1 、2，可得定常均匀流根本方程RJlhRRlhff00or 上式对层流、紊流均适用。35.3 恒定均匀流根本方程仿上述推导，可得恣意r处的切应力：JR思索到 ，有240

4、rdR2rR 故 线性分布00rr5.3 恒定均匀流根本方程由均匀流根本方程 计算 ，需先求出 。Rlhf0fh0),(10RVf因0),(Re,20VRf据定理：220)(Re,VRf故5.3 恒定均匀流根本方程8/)/(Re,2 Rf令 ，并思索到 ，Rd4Rlhf0fh式中， 为沿程阻力系数，普通由实验确定。)/(Re,df代入 可得沿程水头损失 的通用公式达西公式：gVdlhf225.4 圆管中的层流运动据 dd21yurJrrJud2drry05.4 圆管中的层流运动积分rrurrJu0d4d0得：)(4220rrJu旋转抛物面分布5.4 圆管中的层流运动最大流速：200max4rJ

5、uur流量：4402200A1288d2)(4d0dJrJrrrrJAuQr5.4 圆管中的层流运动28max20urJAQv5.4 圆管中的层流运动208rJv由和lhJf得：vrlhf208gvdl2Re642)(0 . 1vhf2,Re0drvd5.4 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)(A2A3AvuAvu5.5 圆管中的紊流运动主要特征：流体质点相互掺混，作无定向、无规那么的运动，运动要素在时间和空间都是具有随机性质的脉动。 严厉来讲，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

6、动性使过流断面上的流速分布比层流的更均匀，但能量损失比层流更大。5.5 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：2221ddddyulyuy01ryy这里 称为混合长度，可用阅历公式 或 计算。5.5 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 普通只需非常之几个毫米，但对流动阻力的影响较大。l5.5 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 紊流中心区)(ly)( ln*对数曲面分布cykvu5.5 圆管中的紊流运动Johann Nikuradse5.5 圆管中的紊流运动5.0ded=5.85

7、.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 4.2c4.84.64.45.5 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： )(Re,df)( )(ldf紊流粗糙区： 紊流光滑区： )( (Re)lf5.5 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

8、公式75. 1vhf紊流过渡区： )( )867. 01 (0179. 03 . 03 . 0舍维列夫公式vd5.5 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适宜紊流区的公式： )( Re6811. 025. 0阿里特苏里公式）（d5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动为便于运用，莫迪将其制成莫迪图。Lewis Moody5.6 部分水头损失旋涡区的存在是呵斥部分水头损失的主要缘由。 部

9、分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讨，且根本为实验研讨。5.6 部分水头损失1.从12建立伯努利方程，可得gvvpzpzhm2)()(222211221115.6 部分水头损失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 212222lzzlAGApP25.6 部分水头损失3.联立1、2，并取 ，得0 . 12121gvvhm2)(221包达公式2211vAvAgvgvAAgvgvAA22122122222212211212215.6 部分水头损失gvhm22式中：=f(

10、Re,边境情况)，称为部分阻力系数，普通由实验确定。例题例题1 1因vdRe24dQvddQ145 . 0)/ 1/()/ 1 (Re/Re211212dddd故例题例题2 2gvH200002gvgvgvdl222222阀门进例题例题2 2得流速据延续性方程得流量阀门进dlgHv224dAvQ阀门进dlgH2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。，德国物理学家，近代力学奠基人之一。1875年年2月月4日生于弗赖辛，日生于弗赖辛，1953年年8月月15日卒于格丁根。他在大学时学机械日卒于格丁根。他在大学时学机械工程，后在慕尼黑工业大学攻弹性力学，

11、工程，后在慕尼黑工业大学攻弹性力学，1900年获得博士学位。年获得博士学位。1901年年在机械厂任务，发现了气流分别问题。后在汉诺威大学任教授时，用自制在机械厂任务，发现了气流分别问题。后在汉诺威大学任教授时，用自制水槽察看绕曲面的流动，水槽察看绕曲面的流动，3年后提出边境层实际，建立绕物体流动的小粘年后提出边境层实际，建立绕物体流动的小粘性边境层方程，以处理计算摩擦阻力、求解分别区和热交换等问题。奠定性边境层方程，以处理计算摩擦阻力、求解分别区和热交换等问题。奠定了现代流膂力学的根底。普朗特在流膂力学方面的其他奉献有：了现代流膂力学的根底。普朗特在流膂力学方面的其他奉献有：风洞实风洞实验技术

12、。他以为研讨空气动力学必需作模型实验。验技术。他以为研讨空气动力学必需作模型实验。1906年建造了德国第年建造了德国第一个风洞见空气动力学实验，一个风洞见空气动力学实验，1917年又建成格丁根式风洞。年又建成格丁根式风洞。机翼机翼实际。在实验根底上，他于实际。在实验根底上，他于19131918年提出了举力线实际和最小诱导年提出了举力线实际和最小诱导阻力实际阻力实际，后又提出举力面实际等。，后又提出举力面实际等。湍流实际。提出层流稳定性和湍湍流实际。提出层流稳定性和湍流混合长度实际。此外还有亚声速类似律和可紧缩绕角膨胀流动，后被称流混合长度实际。此外还有亚声速类似律和可紧缩绕角膨胀流动，后被称为普朗特为普朗特-迈耶尔流动。他在气候学方面也有发明性论著。迈耶尔流动。他在气候学方面也有发明性论著。普朗特在固膂力学方面也有不少奉献。他的博士论文讨论了狭长矩形截普朗特在固膂力学方面也有不少奉献。他的博士论文讨论了狭长矩形截面梁的侧向稳定性。面梁的侧向稳定性。1903年提出了柱体改动问题的薄膜比较法年提出了柱体改动问题的薄膜比较法。他承继。他