液流型态及水头损失ppt课件

1、第三章思索题解答3-1 雷诺数是反映液流惯性力和粘滞力的对比关系， 液流由层流转化为紊流的过程中首先要构成涡体，但涡体构成后并不一定就能转化为紊流，还要涡体脱离原流层而掺入邻层，相互紊动，混惨。这一过程就取决于维持涡体运动的惯性力与约束涡体运动的粘滞力两者的对比关系。当粘滞力的作用起主导作用时，粘滞力对涡体的运动起控制造用，雷诺数较小，为层流；当惯性力的作用与粘滞力的作用相比较，强大到相当程度时才能够构成紊流。 evdR 层流向紊流过渡的物理过程：层流向紊流过渡的物理过程：由于液流的粘滞性及边境的滞水作用，液流过水断由于液流的粘滞性及边境的滞水作用，液流过水断面流速分布的不均匀，相邻流层之间液

2、体质点就面流速分布的不均匀，相邻流层之间液体质点就有相对运动产生，使各流层之间产生内摩擦切应有相对运动产生，使各流层之间产生内摩擦切应力；力；由于外界的微小干扰或来流中残存的扰动，流层出由于外界的微小干扰或来流中残存的扰动，流层出现部分性的动摇，使部分流速和压强重新调整，现部分性的动摇，使部分流速和压强重新调整，流层扭曲，流线间距变化，使波峰、波谷断面接流层扭曲，流线间距变化，使波峰、波谷断面接受不同方向的横向压力受不同方向的横向压力P；当波幅增大到一定程度后，由于切应力和横向压力当波幅增大到一定程度后，由于切应力和横向压力的综协作用，最后构成涡体，产生升力；的综协作用，最后构成涡体，产生升力

3、；涡体在惯性力与粘滞力相互作用下运动，当升力足涡体在惯性力与粘滞力相互作用下运动，当升力足以使涡体脱离原流层而掺入邻流层时，进一步产以使涡体脱离原流层而掺入邻流层时，进一步产生新涡体，如此开展下去层流就转化为紊流。生新涡体，如此开展下去层流就转化为紊流。3-2 层流： 液流质点互不混惨作有条不紊的分层运动， 切应力服从牛顿内摩擦定律 ，流速呈抛物线型分布，沿程水头损失与断面平均流速的一次方成比例，不存在运动要素的脉动， 紊流： 液流质点构成大小不等的涡体相互混惨碰撞，作不规那么运动，切应力由粘滞切应力和附加 切应力组成 ，流速按对数规律分 布，沿程水头损失与速度的1.752次方成比例，在充分紊

4、流区， ,存在着运动要素的脉动景象。d ud yef R22xxduduldydyfd流态判别：20002000500500eekeeeRRRRR对圆管：当紊流当层流对明渠：当紊流当层流3-4 紊流中某一定点上的瞬时运动要素(v,p)都要随时间发生动摇景象，这一景象称为运动要素的脉动，如： ，严厉来说某点瞬时流速是随时间在不断变化的，具有非恒定流的性质；但实验研讨阐明，瞬时流速虽有变化，但在足够长的时间过程中，它的时间平均值是不变的。假设时均运动要素不随时间变化，称为恒定流，时均运动要素随时间变化，称为非恒定流，我们分析水流运动规律时均是就运动要素的时均值而言，故并不矛盾。xxxuuu3-6

5、对简单管道 ，假设不计部分水头损失，流量系数两种情况下均相等，面积一样，那么流量大小主要取决于水头，铅垂方向延伸水头比程度方向延伸水头大，故铅垂方向布置流量大。2cQAgH第三章习题解答3-1 当输水管的流量一定时，随管径的加大，雷诺数是加大还是减少？其缘由何在？ 解：当流量Q一定时由上式可看出Re与d成反比，故d增大，Re减小20.785QQvAd0.785evdQRd3-2 有一输水管，水流流速为1.0m/s，水温为20，管径为200mm，试判别其流动型态。解：当T20 时 水的运动粘度 0.0101 cm2/s故管中水流为紊流100 20198019.820000.0101evdR3-3

6、 一矩形渠道，底宽为200cm，水深为15cm，假设水流流速为0.5m/s，水温为20，试判别其流动型态。 解：当t 20时，水的运动粘度 0.0101 cm2/s故渠道流态为紊流13.042Ab hRcmxbh64554500evRR 3-4 有一圆管，其直径为10cm，经过圆管的水流速度为2m/s，水的温度为20，假设知为0.03，试求粘性底层的厚度。 解： 粘性底层厚度 0e200 102000000.0132.832.8 100.0096R200000 0.03eRdcm3-5 某二元明渠均匀流的流速分布规律为： 如下图。1断面平均流速v与外表流速u0的比值是多少？2求流速分布曲线上与

7、断面平均流速相等的点的位置，即ym=？ 201 ( ) xyuuh3-5解：1单位宽度明渠经过的流量为断面的平均流速20001 ( ) hhxyqu dyudyh200001 ( ) 2233huqyvdyhhhuhuh2当uxv时，即200221 () 321 () 330.5773mmmyuuhyhyhh3.6 3.6 有不断径为有不断径为25cm25cm的圆管，内壁粘贴有的圆管，内壁粘贴有为为0.5mm0.5mm的沙粒的沙粒，如水温为，如水温为1010，问流动要坚持粗糙区最小流量需求假设干，问流动要坚持粗糙区最小流量需求假设干？并求出此时管壁上切应力？并求出此时管壁上切应力00为多大？为

8、多大？0234. 05 . 02507 . 32lg1d7 . 32lg1Re32.8d62200数为：粗糙区内的沿程阻力系其中粘性底层厚度，足：解：粗糙区的水流应满22220332/scm 0.0131 C1022d4QAQvvdRe0m/N 24.330.253.140.16544100080234. 0v8s/m 1654. 0s/cm 1653740.02340.054253.140.013132.86Q4d32.86Q6d32.8Q4622为：此时，管壁上的切应力在最小流量时取：时，水温为，3-7试求前题圆管中，经过的流量为5000 cm3/s， 20000cm3/s，200000c

9、m3/s时，液流型态各为层流还是紊流？假设为紊流应属于光滑区、过渡粗糙区还是粗糙区，其沿程阻力系数各为假设干？假设管段长度为100m，问沿程水头损失各为假设干？ 解：1当故水流为紊流35000/Qcms2490Acm500010.2/490vcm s10.2 251945020000.0131evdR判别紊流属于何区00.028 设 求粘性底层厚度032.80.25edcmR00.050.20.3 0.25故属于光滑管区采用伯拉修斯公式求 ：5 10eR40000.250.1360.1360.027 11.8eR求出得 值与假设相符合2当320000/Qcms2000041.0/490vcm

10、s41 257820020000.0131evdR水流为紊流00.026 设 求粘性底层厚度032.8 250.064778200 0.026cm00.050.775 0.0647 且 属于过渡粗糙区 故采用柯列布鲁克怀特公式求6 310eR00000.30.7756e12.512lg3.7R2.510.52lg78200 0.1623.7 3506.2734d 0.02560.026与假设值相符3当3200000/Qcms200000408/490vcm s408 2578000020000.0131evdR水流为紊流00.022 设 求粘性底层厚度032.8 250.0071780000

11、0.022cm00.05701 0.0071 属于粗糙区，故采用尼库拉兹公式求出的值与假设相符合经过上述计算阐明同一个管径的水管中流过不同的流量Q，其管壁可以是光滑区，或过渡粗糙区，也可以是粗糙区。07.16210.0232lg(3.7)d假设L100m，求hf12325000/ 10.2/0.102/0.028 , 2fQcms vcm sm sl vhdg2100(0.102) 0.0280.0060.2519.6fhm320000/ 0.41 / 0.026 Qcms vm s2(0.41) 0.026 4000.0919.6fhm33200000/ 4.08/ 0.023 Qcms v

12、m s2(4.08) 0.023 4007.8519.6fhm3-8 为了测定AB管段的沿程阻力系数值，可采用如下图的安装。知AB段的管长L为10m，管径d为50mm。今测得实验数据：1A、B两测压管的水头差为0.80m，2经90秒钟流入量水箱的水体积为0.247m3。试求该管段的沿程阻力系数值。3-8解：流量30.2470.027/90VQmsT1.37/Qvm sA22fl vhdg220.042fh dglv3-9 试求前题AB管段的谢才系数C值，并用满宁公式求其粗糙系数n值。smgC/27.441960042. 08 . 98821由满宁公式 16116610.050.01244110

13、.4790.0120.0144.2744.27CRndRmnRC解：3-10 为测定90弯管的部分水头损失系数值，可采用如下图的安装。知AB段管长L为l0m，管径d为50mm，该管段的沿程阻力系数为0.03，今测得实验数据：1A、B两测压管的水头差为0.629m2经2分钟流入量水箱的水量为0.329m3。试求弯管的部分水头损失系数值。3-10解：流量30.3290.00274/120VQmsT1.4/Qvm sA20.5972fl vhmdg0.6290.5970.032jwfhhhm2220.0320.3222jjghvhgv3-11 如下图，水从水箱A流入水箱B，管路长l为25m，管径d为

14、25mm，沿程阻力系数为0.03，管路中有两个90弯管(d/p)=1及一个闸板式阀门(a/d)=0.5 ，当两水箱的水位差H为1.0m时，试求管内经过的流量为假设干？11223-11解：以B水箱的水面为基准面，列1-1，2-2断面的能量方程2000001(22wfjHhlvhhdg 进出弯阀）1/20.5 0.131 0.1632 10.29422.06 1.0进弯阀出式中 23251(0.030.52 0.29422.06 10.02520.75/Q= A=0.75 3.14 0.000625/4=0.0004m /svgvm sv ） 3.12 程度忽然扩展管路，如下图，知：直径d1=5c

15、m，直径d210cm，管中流量Q20L/s，试求：U形水银比压计中的压差读数h。3-12解：以管轴中心线为基准面，写1-1，2-2断面的能量方程2211 122222212211222()22jpvpvhggggppvvvvgggg1122以N-N为等压面112112()()pghg hphhgpphg 汞汞12()12.6hpphgg 汞NN 2222112()12.622vvvvhgg 21 2212.6v vvhg 1211410.19/QQvm sAd222242.55/QQvm sAd221 222.5510.19 2.550.15812.612.6 9.8v vvhmg 3.13

16、不断径沿程不变的输水管道，衔接两水池，如下图，知管道直径d0.3m，全管长L90m，沿程阻力系数 ，进口部分水头损失系数 ，折弯部分水头损失系数 ，出口水头损失系数 ，出口在下游水面以下深度h2=2.3m，在距出口30m处设有一“U型水银测压计，其液面 ，较低的水银液面距管轴1.5m，试确定：(1) 经过的流量Q以及两水池水面差Z；(2) 定性绘出总水头线及测压管水头线。0.0310.520.331.00.5hm 解：以N-N 为等压面,求得2-2 断面的压强水头为 02201332801.51.50.5 1.55.39800pphhm 以下游水池水面基准面写断面1-1，3-3能量方程222200000(0.50.3 2 1)2290(0.032.1)11.120.32ffzhl VVzhdggVVgg 以管轴中心线为基准面，写2-2，3-3 断面的能量方程222222222230001222302.30.030.3 25.32.3325.32.34.43/0.1534.4311.111.1