2021-2022学年高二物理竞赛课件：流体力学的沿程损失

1、流体力学的沿程损失2022/8/1512022/8/152流体力学的沿程损失设法将非圆管折合成圆管来计算，便可以根据圆管制定的公式和图表，来进行非圆管的计算。引入水利半径R的概念：上式中，A 为过流界面面积；表示湿周。所谓湿周，即过流截面上流体和固体壁面接触的周界。有了当量直径，就可以按照圆管的公式进行计算非圆管的损失。2022/8/15Donghua University3例 沿程损失：已知沿程损失和流量求管径由/ d = 0.2 / 98.4 = 0.002，查Moody图得2 = 0.027 d 2 = (3.6910 4 0.027) 1 / 5 = 0.0996 (m) Re2 =

2、4000 / 0.0996 = 4.01104 / d = 0.2 / 99.6 = 0.002，查Moody图得3 = 0.027 取d =0.1m。 用迭代法设1=0.025 2022/8/154局部损失的一般分析局部阻力一般取决于局部阻碍的几何形状、固体壁面的相对粗糙和雷诺数。二、变管径的局部损失（一）突然扩大（二）渐扩管（三）突然缩小（四）渐缩管（五）管道进口三、弯管的局部损失弯管的几何形状决定于转角和曲率半径与管径之比R/d。四、三通的局部损失五、局部阻力之间的相互干扰（引入修正系数 c）2022/8/155流体经过这些局部件时，由于通流截面、流动方向的急剧变化，引起速度场的迅速改变

3、，增大流体间的摩擦、碰憧以及形成旋涡等原因,从而产生局部损失 流体经过阀门、弯管、突扩和突缩等管件 2022/8/156突然扩大的管件中的流动 根据连续方程有:根据动量方程有 : p1A1-p2A2+p(A2-A1)=qV(v2-v1) p实验证实，p=p1 p1-p2=v2(v2-v1) 对截面1-1、2-2列伯努里方程（取动能修正系数=1） 2022/8/157由得 特例A2A1 11 2022/8/158例如图所示为用于测试新阀门压强降的设备。21的水从一容器通过锐边入口进入管系，钢管的内径均为50mm，绝对粗糙度为0.04mm，管路中三个弯管的管径和曲率半径之比d/R=0.1。用水泵保

4、持稳定的流量12m3h,若在给定流量下水银差压计的示数为150mm，（1）求水通过阀门的压强降；（2）计算水通过阀门的局部损失系数；（3）计算阀门前水的计示压强；（4）不计水泵损失，求通过该系统的总损失，并计算水泵供给水的功率。2022/8/159【解】管内的平均流速为 m/s(1)阀门流体经过阀门的压强降 Pa（3）计算阀门前的计示压强，由于要用到粘性流体的伯努里方程，必须用有关已知量确定方程中的沿程损失系数。(2)阀门的局部损失系数由 解得21的水密度近似取1000kg/m3，其动力粘度为Pa.s2022/8/151026.98（d /）8/7=26.98（50/0.04）8/79.341

5、04由于4000Re26.98（ d / ）8/7，可按紊流光滑管的有关公式计算沿程损失系数，又由于4000Re105，所以沿程损失系数的计算可用勃拉修斯公式，即管内流动的雷诺数为根据粘性流体的伯努里方程可解得管道入口的局部损失系数 Pa 2022/8/1511(4) 根据已知条件d/R=0.1查表，弯管的局部阻力系数计单位重量流体经过水泵时获得的能量为hp，列水箱液面和水管出口的伯努里方程总损失 mH2O 由上式可解得水泵的功率P为mH2O W2022/8/1512物体绕流时会受到升力和阻力的作用。物体阻力包括摩擦阻力和压差阻力。摩擦阻力与物体表面积大小有关，压差阻力与物体的形状有关系。物体的阻力目前都是用实验测得。图8-17流动阻力图8-18激波阻力2022/8/1513减小摩擦阻力：可以使层流边界层尽可能的长，即层紊流转变点尽可能向后推移，计算合理的最小压力点的位置。在航空工业上采用一种“层流型”的翼型 ，便是将最小压力点向后移动来减阻，并要求翼型表面的光滑程度。减小压差阻力：使用翼型使得后面的“尾涡区”尽可能小。也就是使边界层的分离点尽可能向后推移 。例如采用流线性物体就可以达到这样的目的。工程上习惯用无因次的阻力系数 来代替阻力 （8-85） 2022/8/1514物体阻力的大小与雷诺数的关系 按相似定律可知，对于不同的不可压缩