工程流体力学：第17讲（第5章-3局部损失）

1、局部损失局部损失局部损失局部损失：22jvhg?用分析方法求得，或由实验测定。用分析方法求得，或由实验测定。局部损失产生的原因局部损失产生的原因：主要是由流体的相互碰撞和形成漩涡等原因造成主要是由流体的相互碰撞和形成漩涡等原因造成一、管道截面突然扩大一、管道截面突然扩大流体从小直径的管道流往大直径的管道流体从小直径的管道流往大直径的管道112v2A2v1A12取取1-1、2-2截面以及它们截面以及它们之间的管壁为控制面。之间的管壁为控制面。连续方程连续方程动量方程动量方程能量方程能量方程1 122AvA v11222121)()(vp Ap Ap AAq vv22112222jpvpvhggg

2、g局部损失局部损失一、管道截面突然扩大一、管道截面突然扩大(续续)112v2A2v1A12将连续方程、动量方程代入能量方程，将连续方程、动量方程代入能量方程，2222112222111222222111()()21()(1)22(1)2jhv vvvvggvAvvggAvAgA22121222jvvhgg2112(1)AA2221(1)AA以以小截面小截面流速计算的流速计算的 以以大截面大截面流速计算的流速计算的 局部损失局部损失一、管道截面突然扩大一、管道截面突然扩大(续续)管道出口损失管道出口损失21AA112112jvhg速度头完全消散于池水中速度头完全消散于池水中局部损失局部损失二、管

3、道截面突然缩小二、管道截面突然缩小流体从大直径的管道流往小直径的管道流体从大直径的管道流往小直径的管道v2A2v1A1vcAc流动先收缩后扩展，能量损失由两部分损失组成流动先收缩后扩展，能量损失由两部分损失组成22222()222ccjcvvvvhggg221(1)cccCC2ccACA根据连续性方程，并令根据连续性方程，并令可得可得局部损失局部损失二、管道截面突然缩小二、管道截面突然缩小(续续)v2A2v1A1vcAc222jvhg221(1)cccCC2ccACA210AA220.5110.3850.1150.617ccccCCC211AA22011001ccccCCC由实验由实验等直管道

4、等直管道210 1AA2ccC随着直径比由随着直径比由0.115线性线性减小到减小到0局部损失局部损失二、弯管二、弯管AACBDD流体在弯管中流动的损失由三部分组成流体在弯管中流动的损失由三部分组成:2.由切向应力产生的沿程损失由切向应力产生的沿程损失1.形成漩涡所产生的损失形成漩涡所产生的损失3.由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失局部损失局部损失水箱泄水管，由两段管子组成，直径d1=150mm，直径d2=75mm，管长l1=l2=50m，粗糙度是=0.6mm，水温20，管路出口速度是v2=2m/s，求：1）管段1和2的沿程阻力系数，及沿程损失。2）管路入

5、口、变径处的局部阻力系数，及局部损失。3）管路入口、变径处的当量管长。4）求总损失、水箱水头H。5）并绘制水头线。H12水箱泄水管，由两段管子组成，直径d1=150mm，直径d2=75mm，管长l1=l2=50m，粗糙度是=0.6mm，水温20，管路出口速度是v2=2m/s，求： 1）管段1和2的沿程阻力系数，及沿程损失。 解：查表解：查表t=20时，水的运动粘度时，水的运动粘度=1.51310-5m2/s根据连续方程：根据连续方程：查莫迪图查莫迪图10.04，20.042221217520.5/150dvvm sd11150.5 0.15Re49571.513 10v d22252 0.07

6、5Re99141.513 10v d040.00815075dd，22121500.50.040.1720.152 9.8fl vhmH Odg22225.442fl vhmH Odg 求：2）管路入口、变径处的局部阻力系数，及局部损失。H12解解查表突缩局部构件，管路入口，管路入口，0.5AA出入，。变径处，变径处，0.250.42AA出入，。22106422 9.8jvhmH Og22220.08572jvhmH Og0.02AAAA出出入入当时，。当时，。120.5/ ,2/vm svm s 求：3）管路入口、变径处的当量

7、管长。10.04，20.0410.5。20.42。解：解：edl2222el vvdgg750.04edlm220.0750.420.07880.04edlm对应于对应于d1，v1，1对应于对应于d2，v2，2 4）求总损失、水箱水头H。H12解：解：120.17fhmH O225.44fhmH O120.0064jhmH O220.0857jhmH O0022列列0-0，2-2截面的能量方程截面的能量方程2200220222wpvpvzzhgggg2200005.72Hg 112225.7wjfjfhhhhhmH O25.9HmH O 5）并绘制水头线。H5.9122

8、211221220.0064,0.17,0.0857,5.44,/20.127,/20.2jfjfhhhhvgvgmH O理想流体总水头线理想流体总水头线0.00640.175.440.2实际流体实际流体总水头线总水头线0.08570.01270.2测压管水头线测压管水头线 测定一阀门的系数，在阀门的上下游装设了3个测压管，其l1=1m，l2=2m，若直径d=50mm，1150cm，2=125cm，340cm，流速 v = 3m/s，求阀门的局部阻力系数。123l1l2解：列解：列1、2和和2、3截面的能量方程截面的能量方程132221122121 222fpvpvzzhgggg2233222

9、32 322fjpvpvzzhhgggg221 233010222fhgg 221 2330203222fjhhgg 32212ffhh23 2120.35jh 22/23 /2jhvgg 0.33管道的种类管道的种类:简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道分支管道分支管道 三类计算问题三类计算问题（1）已知）已知qV、l、d 、 ，求，求hf；（2）已知）已知hf 、 l、 d 、 ，求，求qV；（3）已知）已知hf 、 qV 、l、 ，求，求d。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。一、简单管道一、简单管道(续续)第一类问

10、题的计算步骤第一类问题的计算步骤（1）已知）已知qV、l、d 、 ，求，求hf；qV、l、d计算计算Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 计算计算 hf一、简单管道一、简单管道(续续)第二类问题的计算步骤第二类问题的计算步骤（2）已知）已知hf 、 l、 d 、 ，求，求qV；假设假设 由由hf计算计算 v 、Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV一、简单管道一、简单管道(续续)第三类问题的计算步骤第三类问题的计算步骤（3）已知）已知hf 、 qV 、l、 ，求，求d。hf qV l 计算计算 与与 d的函数曲线的函数曲线由由

11、Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 d、v 、 qV假设假设 d,由由hf计算计算 v二、串联管道二、串联管道 由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起的管道。的管道。ABH21串联管道特征串联管道特征1.各管段的流量相等各管段的流量相等2.总损失等于各段管总损失等于各段管 道中损失之和道中损失之和123.vvvvqqqq123.wwwwhhhh二、串联管道二、串联管道(续续)两类计算问题两类计算问题ABH21（1）已知串联管道的流量）已知串联管道的流量qV，求总水头，求总水头H ；（2）

12、已知总水头）已知总水头H，求串联管道的流量，求串联管道的流量qV 。 矿井排水管路系统，排水管出口到吸水井液面的高差(称为测地高度)为 Hc = 530m，吸水管直径d1=0.25m，水力长度L1=40m，1=0.025。排水管直径d2=0.2m，水力长度L2=580m，2=0.028。不计空气造成的压力差。当流量Q=270m3/h时，求水泵所需的扬程(即水泵给单位重量流体所提供的能量)H。 解： 1 112525188 40 0.02584.69.806 0.25LRgd21222525288 580 0.02841959.806 0.2LRgd(s2/m5) (s2/m5) 2122002

13、aacwppvHHhggg2221 12212cwccHHhHR qR qHRRq 2253084.64195270 3600554.1HmH O三、并联管道三、并联管道 由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连接在一起的管道系统。在一起的管道系统。并联管道特征并联管道特征1.总流量是各分管段流量之和。总流量是各分管段流量之和。2.并联管道的损失等于各分管并联管道的损失等于各分管道的损失。道的损失。123.vvvvqqqq123.wwwwhhhhAqq1 d1 hw1q2 d2 hw2q3 d3 hw3Bq三、并联管道三、并联管道(续续)两

14、类计算问题两类计算问题（1）已知）已知A点和点和B点的静水头线高度（即点的静水头线高度（即z+p/ g)，求总流量，求总流量qV；Aqq1 d1 hw1q2 d2 hw2q3 d3 hw3Bq假设假设 由由hf计算计算 v 、Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV 求解方法相当求解方法相当于简单管道的第于简单管道的第二类计算问题。二类计算问题。三、并联管道三、并联管道(续续)两类计算问题两类计算问题(续续)（2）已知总流量）已知总流量qV ，求各分管道中的流量及能量损失，求各分管道中的流量及能量损失 。假设管假设管1的的 qV

15、1 由由qV1计算管计算管1的的hf1 由由hf1求求qV2和和 qV3hf1= hf2 = hf3qV1 = qV1N结束计算结束计算按按qV1 、qV2 和和qV3的比例的比例计算计算qV1 、qV2 和和qV3计算计算hf1 、 hf2和和hf3 YAQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ某并联管路，已知l11100m，d1350mm， l2800 m，d2300mm， l3900 m， d3 400mm，沿程阻力系数均为0.02，局部阻力可忽略不计，若总流量Q600l/s，求并联管路的能量损失及各管的流量。解：解：251 112518346/LRsmgd25222

16、2528545/LRsmgd253332538145/LRsmgd1231111RRRR2531/Rsm2231 0.611.2whRqm1111311.2 3460.18/wwqhRhRms320.14/qms330.28/qmsl1=900m， d1=0.3m，10.3mm，l2=600m， d1=0.2m，20.03mm，l3=1200m，d3=0.4m，30.024mm，10-6m2/s，=998kG/m3，pA=9.807105Pa，zA=zB=20m。求q1、q2、q3，和pB。Aqq1 d1 hw1q2 d2 hw2q3 d3 hw3BqcbaRekka53. 0094. 022

17、5. 044. 088kb 134. 062. 1kc dk3111.415/ ,0.1/vm s qms1Re424500 10.02143)(563. 6807. 92415. 13 . 090002143. 021mhf2226006.5630.22 9.807016. 0221.638/m s 01632. 02 sm/621. 12 01634. 02 )/(0509. 0621. 12 . 04322smqv)/(2212. 076. 14 . 04323smqvAQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQcbaRekka53. 0094. 0225. 044.

18、088kb 134. 062. 1kc dk1075. 04 . 03721. 01 . 01vq0547. 04 . 03721. 00509. 02vq2378. 04 . 03721. 02212. 03vq)/(3smmhsmf565. 7,02138. 0,456244Re,/521. 11111mhsmf521. 7,01622. 0,4348231Re,/741. 12222mhsmf517. 7,01373. 0,756941Re,/892. 13333)/(3721. 02212. 00509. 01 . 03smqvfBBAAhgpzgpza)(P10070.9534.78

19、07.999810807.955fABghppl1=900m， d1=0.3m，10.3mm，l2=600m， d1=0.2m，20.03mm，l3=1200m，d3=0.4m，30.024mm，10-6m2/s，=998kG/m3，pA=9.807105Pa，zA=zB=20m。求q1、q2、q3，和pB。四、分支管道四、分支管道分支管道特征分支管道特征流入汇合点的流量等于自汇流入汇合点的流量等于自汇合点流出的流量。合点流出的流量。213Jz2z1z3123vvvqqq123vvvqqq四、分支管道四、分支管道(续）续）计算问题计算问题已知管道的尺寸、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。已知管道的尺寸、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。213Jz2z1z3假设假设J点的点的zJ+ pJ/ g求求qV1 、qV2 和和qV3 是否满足连续方程是否满足连续方程 N结束计算结束计算调整调整J点的点的zJ+ pJ/ g Y五、管网五、管网 分类：枝状、环状。环状管网：由若干管道环路相连接、分类：枝状、环状。环状管网：由若干管道环路相连