第4章流动阻力课件

1、 概述概述流体的两种流态流体的两种流态 层流流动层流流动 湍流运动湍流运动 水头损失的计算水头损失的计算 边界层与绕流阻力边界层与绕流阻力第第4章章 流动阻力流动阻力 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的决定因素。 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？ 1.1.水头损失：水头损失：单位重量的液体自一断面流至另一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。分类：分类： (1) (1) 沿程水头损失沿程水头损失; (2); (2)局部

2、水头损失。局部水头损失。4-1 4-1 概概 述述 A.沿程水头损失：沿程水头损失：水头损失是沿程都有并随水头损失是沿程都有并随沿程长度增加。沿程长度增加。 发生在缓变流整个流程中的水头损失，发生在缓变流整个流程中的水头损失，由流体的由流体的粘滞力粘滞力造成的损失。造成的损失。gvdlhf22fh单位重力流体的沿程能量损失单位重力流体的沿程能量损失沿程损失系数沿程损失系数l管道长度管道长度d管道内径管道内径gv22单位重力流体的动压头（速度水头）。单位重力流体的动压头（速度水头）。fh单位重力流体的沿程水头损失单位重力流体的沿程水头损失fhfh沿程水头损失的计算公式：沿程水头损失的计算公式：达

3、西-魏斯巴赫公式 B. B. 局部水头损失：局部水头损失：局部区域内液体质点由于相对运局部区域内液体质点由于相对运动产生较大能量损失。常用动产生较大能量损失。常用hj表示。表示。局部水头损失的计算公式：局部水头损失的计算公式： 发生在流动状态急剧变化的发生在流动状态急剧变化的急变流急变流中的水头损失，中的水头损失，即在管件附近的局部范围内主要由即在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失流体中产生的漩涡等造成的损失。gvhj22jh单位重力流体的局部水头损失。单位重力流体的局部水头损失。gv22单位重力流体的动压头（速度水头）。单位重力流体的动压头

4、（速度水头）。局部损失系数局部损失系数 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。些局部地区就有局部水头损失。(1) (1) 液体具有粘滞性。液体具有粘滞性。(2) (2) 由于固体边界的影响，液流内部质点之间由于固体边界的影响，液流内部质点之间 产生相产生相 对运动。对运动。液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用。液体具有粘滞性是主要的，起决定性作用

5、。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式中：式中： 代表该流段中各分段的沿程水头损代表该流段中各分段的沿程水头损 失的总和；失的总和； 代表该流段中各种局部水头损失的代表该流段中各种局部水头损失的 总和。总和。jfwhhhfhjh液流的总水头损失液流的总水头损失h hw w1)、基本概念、基本概念 可用过水断面的水力要素来表征，如过水断面的面积可用过水断面的水力要素来表征，如过水断面的面积A、湿周、湿周 及力半径及力半径R等。等。 湿周：湿周：液流过水断面与固体边界接触的周界线。液流过水断面与固体边界接触的周界线。 水力半径：水力半径： 对圆管：对圆管： AR 442dddAR

6、2 2 均匀流沿程水头损失与切应力的关系均匀流沿程水头损失与切应力的关系2)、液流边界纵向轮廓对水头损失的影响、液流边界纵向轮廓对水头损失的影响因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同形式的液流：形式的液流：均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流。 均均匀匀流流非非均均匀匀流流 均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可忽略不计，非均匀急变流时两种水头部水头损失可忽略不计，非均匀急变流时两种水头损失都有。损失都有。3)、 均匀流沿程水头损失与切应力的关系均匀流沿程水头损失与切应力的关系 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总

7、流来分析在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，作用在该总流段上有下列各力。，作用在该总流段上有下列各力。(1)、动水压力、动水压力 1-1断面断面 2-2断面断面11ApFP22ApFP (2)、重力重力重力: : (3)、摩擦阻力 因为均匀流没有加速度，所以因为均匀流没有加速度，所以 即即 将将 代入上式，各项用代入上式，各项用 除之，整理后除之，整理后gAlG0lF 0sin21FGFFPP0sin021lagAlApAplzza21singAgAlgpzgpz02211)()( 因断面因断面1-11-1及及2-22-2的流速水头相等，则能量方程的流速水头相等，则能量方程为为 有有

8、因因 故上式可写成故上式可写成上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。在均匀流中任意取一流束按上述同样方法可求得：在均匀流中任意取一流束按上述同样方法可求得：gRJ0JgRfhgpzgpz)()(2211gRlgAlhf00Jlhf 由实验研究或量纲分析知：由实验研究或量纲分析知： 由此得由此得 对圆管来说对圆管来说 00rrRR208gRlhf2424dR gdlhf22式中式中 称为沿程阻力系数，表征沿程阻力大小。称为沿程阻力系数，表征沿程阻力大小。4-2 流体运动的两种型态流体运动的两种型态一、雷诺试验一、雷诺试验1.1.雷诺实验（雷诺实验

9、（1883年）年）（a）层流（b）临界状态（c）紊流下临界流速vc临界流速上临界流速vcccvv 2.2.分析雷诺实验分析雷诺实验vmkhflglglgmfkvh 层流紊流0 . 10 . 11vvkhf0 . 275. 10 . 275. 12vvkhfab段层流ef段紊流be段临界状态 4512563156020 . 11m0 . 275. 12m0 . 23m结论：流态不同，沿程损失规律不同 二、液体形态的判别二、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。液流型态开始转变时的雷诺数。 对圆管：对圆管： 对明渠及天然河道对明渠及天然河道 ddRe

10、2300Re k575ReRk1 1、实验发现、实验发现2、临界流速临界流速crv下临界流速下临界流速crv上临界流速上临界流速层层 流：流：不稳定流：不稳定流：紊紊 流：流：crvv crcrvvvcrvv 流动较稳定流动较稳定流动不稳定流动不稳定crvv crvv 3、临界雷诺数临界雷诺数层层 流：流：不稳定流：不稳定流：紊紊 流：流：2320Recr下临界雷诺数下临界雷诺数13800eRcr上临界上临界雷诺数雷诺数crReRe crcreRReRecreRRe2000Recr工程上常用的圆管临界雷诺数工程上常用的圆管临界雷诺数2300Re 2300Re 层层 流：流：紊紊 流：流：vdR

11、e雷诺数雷诺数例例4-1 4-1 有一圆形水管，其直径有一圆形水管，其直径d d为为100mm100mm，管中水，管中水流的平均流速流的平均流速为为1.0m/s1.0m/s，水温为，水温为10100 0C C，试判别管中，试判别管中水流的型态。水流的型态。解：解：当水温为当水温为100C100C时查得水的运动粘滞系数时查得水的运动粘滞系数v v0.0131cm0.0131cm2 2/s/s，管中水流的雷诺数，管中水流的雷诺数 因此管中水流为紊流。因此管中水流为紊流。230076000131. 010100Red4-3 4-3 层流运动层流运动一.沿程损失与切应力的关系列1-1和2-2断面的能量

12、方程流动为均匀流，惯性力为零，列平衡方程fhgpzgpz2211gpzgpzhf2211Jrglhrgf22000J单位长度的沿程损失 （水力坡度）同理Jrg200rr02cos0021rlgAlApAp21zz fhgrlgpzgpz0022112二.断面流速分布drdu牛顿内摩擦定律又Jrg2rdrgJdu2积分（a）2204rrgJu旋转抛物面20max4rgJurrurdrgJdu020（b）平均速度AudAAQv（c）层流动能修正系数233AvdAuA层流动量修正系数33. 122AvdAuA20002rrdrur208Jrgmax21u测量圆管层流平均速度的方法三.沿程损失系数20

13、8grvlJlhf又gvdlhf22比较ReRe64f注意：v，但hfv232gdvl0 . 1v例例4-2：应用细管式粘度计测油的粘度，细管d=6mm，l=2m，Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，水银密度m=13600kg/m3，油的密度=900kg/m3，求油的运动粘度解：fhsmdQv/73. 242设为层流gvdlhf2Re642mhm23. 4解得运动粘度smlvgdhf/1054. 8642262校核流态20001918Revd计算成立1 1、湍流形成过程的分析、湍流形成过程的分析 雷诺实验表明层流与湍流的主要区别在于湍流时各流层雷诺实验表明层流与湍流的主要区别在于湍

14、流时各流层之间液体质点有不断地互相混掺作用，而层流则无。之间液体质点有不断地互相混掺作用，而层流则无。4-4 湍流运动湍流运动(a)(b)(c) 涡体的形成是混掺作用产生的根源。涡体的形成是混掺作用产生的根源。 涡体的形成并不一定形成湍流，只有当惯性涡体的形成并不一定形成湍流，只有当惯性作用与粘滞作用相比强大到一定程度是，才可能作用与粘滞作用相比强大到一定程度是，才可能形成湍流。形成湍流。 所以雷诺数是表征惯性力与粘滞力的比值。所以雷诺数是表征惯性力与粘滞力的比值。2.2.湍流运动的时均化湍流运动的时均化脉动性（1）瞬时速度u（2）时均速度（3）脉动速度u（4）断面平均速度vuTttudtTu

15、001uuu0100TttdtuTudAuAvA13、湍流中存在粘性底层、湍流中存在粘性底层 湍流中紧靠固体边界湍流中紧靠固体边界附近地方，脉动流速很附近地方，脉动流速很小，由脉动流速产生的小，由脉动流速产生的附加切应力也很小，而附加切应力也很小，而流速梯度却很大，所以流速梯度却很大，所以粘滞切应力起主导作用，粘滞切应力起主导作用，气流态基本属层流。气流态基本属层流。 因此湍流中紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在，该层因此湍流中紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在，该层流层叫粘性底层。在粘性底层以外的液流才是湍流。流层叫粘性底层。在粘性底层以外的液流才是湍流。 粘性底层的切应力按粘性底层

16、的切应力按层流来计算层流来计算其流速按抛物线规律其流速按抛物线规律分布，但粘性底层很薄，分布，但粘性底层很薄，其流速分布可看作是按其流速分布可看作是按直线变化。故有直线变化。故有 即即 推得推得则有则有dydux0dyduux00000udydux00200uuuNuu6.11,*0NuN 因因 故有故有则有则有 式中雷诺数式中雷诺数 若若N=11.6，有，有Re80NdRe8.320d208vvu8*vdRe4.4.湍流的切应力湍流的切应力（1）湍流运动的分解xuxuxuyuyu（2）湍流的切应力a.时均流动（粘性切应力） 符合牛顿内摩擦定律1dyudx1 yfuxxyxuxub.脉动流动（

17、附加切应力、惯性切应力、雷诺切应力）22yxuuc.切应力21Re数较小时，占主导地位Re数很大时，1125.5.混合长度理论混合长度理论 的计算的计算2普朗特混合长度理论的要点（假设）（1）流体质点因脉动横向位移l1到达新的空间点，才同周围点发生动量交换，失去原有特征，l1称混合长度 dyudlyulyuxxx11 dyudlyulyuuxxxx11（2）dyudlcuxx11dyudlcuxy1222221212dyudldyudlccxx21212lccl亦称为混合长度dyduldydudydul22212Relu雷诺数越大，紊流越剧烈，26.6.湍流的速度分布规律湍流的速度分布规律湍流

18、2202dydul壁面附近切应力yl（是实验确定的常数，称卡门常数0.4）01ydydu积分得cyuln10普朗特-卡门对数分布规律实验目的：实验目的： gvdlhf22层流层流: :Re64湍流湍流: :?在实验的基础上提出某些假设，通过实验获得计算在实验的基础上提出某些假设，通过实验获得计算湍流沿程损失系数湍流沿程损失系数的半经验公式或经验公式。的半经验公式或经验公式。代表性实验代表性实验: :尼古拉兹实验尼古拉兹实验莫迪实验莫迪实验4-5 水头损失的计算水头损失的计算尼古拉兹实验尼古拉兹实验实验对象实验对象: :不同直径不同直径圆管圆管 不同流量不同流量不同相对粗糙度不同相对粗糙度实验条

19、件实验条件: :实验示意图实验示意图: :dkf Re,绝对粗糙度/d相对粗糙度.尼古拉兹实验（1933-1934）（1）实验曲线人工粗糙（尼古拉兹粗糙）尼古拉兹实验曲线的五个区域尼古拉兹实验曲线的五个区域层流区层流区Re64(Re) f管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。2320Re 2. 2. 过渡区过渡区 不稳定区域，可能是层流，也可能是紊流。不稳定区域，可能是层流，也可能是紊流。4000Re2320湍流光滑管区湍流光滑管区沿程损失系数沿程损失系数 与相对粗糙度无关，而只与雷诺数有关。与相对粗糙度无关，而只与雷诺数有关。78)(98.26Re4

20、000d25. 0Re3164. 0勃拉休斯公式：勃拉休斯公式：237. 0Re221. 00032. 0尼古拉兹公式：尼古拉兹公式：8 . 0)lg(Re21卡门卡门- -普朗特公式：普朗特公式：65103Re1085. 0)2(4160Re)(98.2678dd湍流粗糙管过渡区湍流粗糙管过渡区沿程损失系数沿程损失系数 与相对粗糙度和雷诺数有关。与相对粗糙度和雷诺数有关。22)273. 1lg(42. 1)lg(Re42. 1Vqd洛巴耶夫公式：洛巴耶夫公式：阔尔布鲁克公式：阔尔布鲁克公式：7 . 3Re51. 2lg21d兰格公式：兰格公式：Re88. 20096. 0dRe)2(4160

21、85. 0d湍流粗糙管平方阻力区湍流粗糙管平方阻力区沿程损失系数沿程损失系数 只与相对粗糙度有关。只与相对粗糙度有关。74. 12lg21d尼古拉兹公式：尼古拉兹公式： 此区域内流动的能量损失与流速的平方成正比，故此区域内流动的能量损失与流速的平方成正比，故称此区域为称此区域为平方阻力区平方阻力区。（2）变化规律层流底层的变化A.粘性底层粘性底层 、水力光滑与水力粗糙、水力光滑与水力粗糙粘性底层粘性底层: : 粘性流体在圆管中紊流流动时，紧贴固体壁面粘性流体在圆管中紊流流动时，紧贴固体壁面有一层很薄的流体，受壁面的限制，脉动运动有一层很薄的流体，受壁面的限制，脉动运动几乎完全消失，粘滞起主导作

22、用，基本保持着几乎完全消失，粘滞起主导作用，基本保持着层流状态，这一薄层称为粘性底层。层流状态，这一薄层称为粘性底层。 圆管中湍流的区划圆管中湍流的区划: :2.2.湍流充分发展的中心区湍流充分发展的中心区1.1.粘性底层区粘性底层区3.3.由粘性底层区到湍流充分发展的中心区的过渡区由粘性底层区到湍流充分发展的中心区的过渡区 二、湍流的速度分布二、湍流的速度分布B B、水力光滑与水力粗糙、水力光滑与水力粗糙 粘性底层厚度：粘性底层厚度： 水力粗糙：水力粗糙： 湍流区域完全感受不到管壁粗糙度的影响。湍流区域完全感受不到管壁粗糙度的影响。 管壁的粗糙凸出部分有一部分暴露在紊流管壁的粗糙凸出部分有一

23、部分暴露在紊流区中，管壁粗糙度湍流流动发生影响。区中，管壁粗糙度湍流流动发生影响。 目前管道中常用的湍流流速分布的表达式：目前管道中常用的湍流流速分布的表达式：1、流速的分布的指数公式、流速的分布的指数公式当当Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。流速分布的七分之一次方定律。当当Re105 ,n=1/8,1/9，1/10据具体情况而定。据具体情况而定。2、流速的分布的对数公式、流速的分布的对数公式nmxryuu)(0Cyuuxlg75.5c c.圆管中湍流的速度分布圆管中湍流的速度分布3、尼库拉兹管道流速分布公式：、尼库拉兹管道流速分布公式： (1) 光滑管光滑管 (2) 粗糙管

24、粗糙管75. 4lg75. 5yuux5 . 5lg75. 5yuuuxd.圆管中紊流的沿程损失圆管中紊流的沿程损失(1)(1)光滑直管光滑直管8 . 0)lg(Re21(2)(2)粗糙直管粗糙直管74. 12lg21d67. 12lg03. 21d实验修实验修正后正后三、工业管道沿程水头损失计算a.工业管道当量粗糙度ke和工业管道粗糙区值相等的同直径的尼古拉兹粗糙管的粗糙度常用工业管道的ke管道材料ke(mm)管道材料ke(mm)新氯乙烯管00.002镀锌钢管0.15铅管、铜管、玻璃管0.01新铸铁管0.150.5钢管0.046钢板制风管0.15涂沥青铸铁管 0.12混凝土管0.33.0实验

25、实验实验对象实验对象: :不同直径不同直径工业管道工业管道 不同流量不同流量不同相对粗糙度不同相对粗糙度实验条件实验条件: :610500Re 30/11014/1/d实验曲线实验曲线实验曲线的五个区域实验曲线的五个区域1. 层流区层流区层流区层流区2. 临界区临界区3. 光滑管区光滑管区5. 完全紊流粗糙管区完全紊流粗糙管区4. 过渡区过渡区紊流光滑管区紊流光滑管区过渡区过渡区紊流粗糙管过渡区紊流粗糙管过渡区紊流粗糙管平方阻力区紊流粗糙管平方阻力区c.柯列勃洛克公式Re51. 27 . 3lg21dkdkf Re,经验公式：希弗林松公式25. 0Re6811. 0dkD、谢齐公式、谢齐公式上

26、述计算沿程阻力系数的公式涉及到自然管道或天然河道上述计算沿程阻力系数的公式涉及到自然管道或天然河道表面粗糙均匀化后的当量粗糙度，目前缺乏这方面的资料。表面粗糙均匀化后的当量粗糙度，目前缺乏这方面的资料。 1769年谢齐年谢齐(Chzy)总结明渠均匀流实测资料，提出计算均匀总结明渠均匀流实测资料，提出计算均匀流的经验公式：流的经验公式： 式中式中 C为谢齐系数，单位为谢齐系数，单位 。 谢齐公式与达西公式是一致的，切合点为：谢齐公式与达西公式是一致的，切合点为： RJCsm/21gC8两个常用的计算谢齐系数的公式：两个常用的计算谢齐系数的公式：一、曼宁（一、曼宁（Manning,1890）公式）

27、公式 二、巴甫洛夫斯基二、巴甫洛夫斯基式中式中n为粗糙系数，也称糙率，是表征边界表面影响为粗糙系数，也称糙率，是表征边界表面影响水流阻力的各种因素的一个综合系数。水流阻力的各种因素的一个综合系数。 611RnC yRnC1)10. 0(75. 013. 05 . 2nRny例：给水管长30m，直径d=75mm，材料为新铸铁管，流量Q=7.25L/s，水温t=10，求该管段的沿程水头损失解：242101 .444mdAsmAQv/64. 1水温t=10时，水的运动粘度=1.3110-6m2/s94100Revd当量粗糙度ke=0.25mm，ke/d=0.003由Re、ke/d查莫迪图，得=0.0

28、28或由公式 ，得=0.02825. 0Re6811. 0dkmgvdlhf54. 122例题：有一混凝土护面的梯形渠道，底宽10m，水深3m，两岸边坡为1：1，粗糙系数为0.017，流量为39m3/s，水流属于阻力平方区的紊流，求每公里渠道上的沿程水头损失。bh1：11：1解：B水面宽216Bbmhm2392bBAhm过水断面面积湿周22118.5bhmm水力半径2.11ARm谢才系数121166112.1166.5/0.017CRmsn沿程水头损失220.11fV LhmC R断面平均流速1/QVm sAgvhj221.局部阻力产生的原因局部水头损失局部水头损失局部阻碍的形状、尺寸f阻力流

29、线演示2.几种常见的局部损失系数（1）突然扩大列1-1和2-2断面的能量方程jhgvgpzgvgpz2222222111列动量方程122122221vvQzzgAApApgvvhj2212由连续性方程2211AvAvgvgvAAhj22121121221或gvgvAAhj22122122212注意：1v1；2v2特例：=1管道的出口损失系数（2）突然缩小1215 . 0AA特例：=0.5管道的入口损失系数v2（3）渐扩管gvnhf2112sin8212gvnkhex211212当20，k=sin2211112sin8nkn公式、图表=58，最小（4）渐缩管收缩角n=A2/A1收缩面积比v12v

30、（5）弯管二次流螺旋运动影响长度50倍管径减小弯管转角、增大R/d或设置导流叶片，减小二次流（6）三通图表3v水力计算时，只考虑支管（阻力大）（7）、进口）、进口（8）、出口）、出口gvhj221流入水池或水库流入水池或水库13.局部阻碍之间的相互干扰21c两个局部阻碍之间间距大于3倍管径， ，且安全21c21c21c4.减阻措施a.物理b.化学：添加少量的减阻剂例题：水从水箱流入一管径不同的管道，管道连接情况如图所示，已知：111211150,25,0.037125,10,0.0390.5,0.15,2.0dmm lmdmm lm进口收缩阀门（以上值均采用发生局部水头损失后的流速）当管道输水

31、流量为25l/s时，求所需要的水头H。l1l2V00d2d1H分析：用能量方程式，三选定，列能量方程：2200002wVHhg11220012wfjffjjjhhhhhhhh进口收缩阀门222221122122121222222l Vl VVVVdgdgggg进口收缩阀门l1l2V00d2d1H112200解：1210.0251.415/3.140.154QVm sA2220.0252.04/3.140.1254QVm sA222222222112212212122222222wVVl VlVVVVHhggdgdgggg进口收缩阀门2.011Hm代入数据，解得：故所需水头为2.011m。2.

32、水水 从从 水水 箱箱 经经 水水 平平 圆圆 管管 流流 出，出， 开开 始始 为为 层层 流。流。 在在 保保 持持 水水 位位 不不 变变 的的 条条 件件 下，下，改改 变变 水水 的的 温温 度，度， 当当 水水 温温 由由 底底 向向 高高 增增 加加 时，时， 出出 流流 量量 与与 水水 温温 的的 关关 系系 为为流流 量量 随随 水水 温温 的的 增增 高高 而而 增增 加；加；(b) 流流 量量 随随 水水 温温 增增 高高 而而 减减 小；小；(c) 开开 始始 流流 量量 随随 水水 温温 增增 高高 而而 显显 著著 增增 加，加， 当当 水水 温温 增增 高高 到

33、到 某某 一一 值值 后，后， 流流 量量 急急 剧剧 减减 小，小， 之之 后后 流流 量量 变变 化化 很很 小；小；(d) 开开 始始 流流 量量 随随 水水 温温 增增 高高 而而 显显 著著 减减 小，小， 当当 水水 温温 增增 高高 到到 某某 一一 值值 后，后， 流流 量量 急急 剧剧 增增 加，加， 之之 后后 流流 量量 变变 化化 很很 小。小。答：圆答：圆 管管 内内 流流 动动 处处 于于 层层 流流 状状 态态 时，时， 流流 动动 主主 要要 受受 流流 体体 的的 粘粘 性性 支支 配，配， 提提 高高 水水 温温( 相相 当当 于于 减减 小小 流流 体体

34、的的 黏黏 度度) 流流 量量 急急 剧剧 增增 加。加。 随随 温温 度度 升升 高，高， 流流 体体 黏黏 度度 减减 小，小， 相相 应应 的的 雷雷 诺诺 数数 增增 大大 到到 临临 界界 时，时， 流流 动动 由由 层层 流流 过过 渡渡 到到 紊紊 流。流。 在在 紊紊 流流 情情 况况 下，下， 紊紊 流流 阻阻 力力( 附附 加加 阻阻 力力) 大大 于于 粘粘 性性 阻阻 力，力， 因因 此此 流流 量量 在在 出出 现现 紊紊 流流 时时 减减 小。小。 之之 后后 再再 提提 高高 水水 温，温， 粘粘 性性 阻阻 力力 虽虽 然然 减减 小，小， 但但 因因 紊紊 流

35、流 阻阻 力力 起起 支支 配配 主主 要，要， 流流 量量 增增 加加 甚甚 微。微。 ( 本本 题题 内内 容容 为为 1839 年年 G Hagen 所所 做做 著著 名名 实实 验验) ) 020406080tQ3 水水 箱箱 中中 的的 水水 通通 过过 垂垂 直直 管管 道道 向向 大大 气气 出出 流，流， 设设 水水 箱箱 水水 深深 为为 h， 管管 道道 直直 径径 d， 长长 度度 l， 沿沿 程程 阻阻 力力 系系 数数 ， 局局 部部 阻阻 力力 系系 数数 。 试试 求：（求：（1） 在在 什什 么么 条条 件件 下下 流流 量量 Q 不不 随随 管管 长长 l 而

36、而 变？变？ （2） 什什 么么 条条 件件 下下 流流 量量 Q 随随 管管 长长 l 的的 加加 大大 而而 增增 加？加？ （3） 什什 么么 条条 件件 下下 流流 量量 Q 随随 管管 长长 l 的的 加加 大大 而而 减减 小？小？Hl解：（1） 流 量 Q 不 随 管 长 而 变， 即（2） 流 量 Q 随 管 长 加 大 而 增 加， 即（3） 流 量 Q 随 管 长 加 大 而 减 小， 即gvdlgvlH2222 dllHgv 12dllHgdQ 12420dd lQ 01121221422 dldlHdlgdllHgd 01 dH dH 10dd lQ01 dH dH 1

37、0dd lQ01 dH dH 1(1)圆 形 正方形 矩 形(2) 4.圆圆 形、形、 正正 方方 形、形、 矩矩 形形 管管 道，道， 断断 面面 积积 相相 等等 均均 为为 A， 水水 流流 以以 相相 同同 的的 水水 力力 坡坡 度度 流流 动动 时，时， 试试 求：（求：（1） 边边 壁壁 上上 切切 应应 力力 之之 比；比； （2） 当当 沿沿 程程 阻阻 力力 系系 数数 相相 等等 时，时， 流流 量量 之之 比。比。bbdaAAAa20RJ01 02 03123:R R R 241AdR 442AaR 2333AbR 835. 0:886. 0:1231:41:21:03

38、0201 gUdJe22 321321:eeedddUUU 914. 0:941. 0:1835. 0:886. 0:1:321 QQQ水头线的绘制水头线的绘制 用以下例子说明用以下例子说明总水头线和测压管水头线的绘制总水头线和测压管水头线的绘制。 v122gv222g管道突然缩小管道突然缩小总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v122gv222g管道突然放大管道突然放大总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v22gv22g管道中的阀门管道中的阀门总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线 管道测压管水头线和总水头线管道测压管水头线和总水头线11H122334455ipi /v0hwiH1

39、0总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤1 1：先定出不计能量损失的总水头：先定出不计能量损失的总水头11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤2 2：定出管道末端的总水头：定出管道末端的总水头11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤3 3：寻求最后一个局部损失处（：寻求最后一个局部损失处（4 4）下游）下游11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤4 4：计算：计算4545段

40、的能量损失段的能量损失hf 4511H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g步骤步骤6 6：以管道末端总水头线为基础，在：以管道末端总水头线为基础，在4 4处向上量取处向上量取hf 45， 得得4-44-4断面右侧总水头点断面右侧总水头点11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45步骤步骤6 6：以右侧总水点起，再量取一个：以右侧总水点起，再量取一个4 4处的局部水头损处的局部水头损 失，得到失，得到4-44-4断面左侧的总水头点断面左侧的总水头点 11H122334455

41、ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45步骤步骤7 7：逐次向上游推进，便可得到总水头线：逐次向上游推进，便可得到总水头线11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45步骤步骤8 8：从总水头线向下扣除一个相应管道的：从总水头线向下扣除一个相应管道的 流速水头，便可得到测压管水头线流速水头，便可得到测压管水头线11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022ghf 45 注意：起：水面注意：起：水面 或或 总水头线总水头线 11H122

42、334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g注意：局部水头损失处：水头线发生突变注意：局部水头损失处：水头线发生突变11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g注意：测压管水头线和总水头线相差一个流速水头注意：测压管水头线和总水头线相差一个流速水头11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g当测压管水头线低于管道轴线时，管道存在负压（真空）当测压管水头线低于管道轴线时，管道存在负压（真空）11H122334455ipi /v0hwiH10总水头线总水头线测压管水头线测压管水头线v022g1.边界层的概念（1904年普朗特提出）两类不同性质的流动：（1）物体边界附近薄层由于粘性力作用，有很大的速度梯度du/dy边界层（附面层）；（2）边界层以外的流动，粘性力作用不计理想流体无旋流动（势流）4-6 边界层与绕流阻力边界层与绕流阻力2