mAAA(课件)5章流动阻力与水头损失

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n黏性流体的流动型态（层流、紊流）及其判别n沿程水头损失计算n局部水头损失计算5.1 概述一、章目解析n从力学观点看，本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因：n内因粘性+惯性n外因外界干扰n从能量观看，本章研究的是能量损失（水头损失）。5.1 概述二、研究内容n内流（如管流、明渠流等）：研究 的计算（本章重点）；n外流（如绕流等）：研究cd的计算。三、水头损失的两种形式nhf ：沿程水头损失(由摩擦引起)；nhm ：局部水头损失（由局部干扰引起）。wh总水头损失：mfwhhh5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态一、雷诺

2、实验简介 1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，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黏性流体的流动型态5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态 雷诺在观察现象的同时，测量 ，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黏性流体的流动型态二、判别标准)(4000012000re)(2300re不稳定较稳定dvdvcccc5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态圆管：取)(2300

3、)(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 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态)(575)(575re紊流层流vr故取575423004redvrvccc例题例题1 15.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程1. 对如图所示定常均匀有压管流，由12建立伯努利方程，得： 流体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。)()(2211pzpzhf（1）5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程2. 在s方向列动量方程，得：式中：lzzalgltappapp2102211c

4、os,0cos21gtpp（2）5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程3. 联立（1） 、（2），可得定常均匀流基本方程rjlhrrlhff00or 上式对层流、紊流均适用。（3）5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程仿上述推导，可得任意r处的切应力：jr考虑到 ，有240rdr2rr 故 （线性分布）00rr5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程由均匀流基本方程 计算 ，需先求出 。rlhf0fh0),(10rvf因0),(re,20vrf据定理：220)(re,vrf故5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程8/)/(re,2 rf令 ，并考虑到 ，rd4rlhf0f

5、h式中， 为沿程阻力系数，一般由实验确定。)/(re,df代入 可得沿程水头损失 的通用公式达西公式：gvdlhf225.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动据 dd21yurjrrjud2drry05.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动积分rrurrju0d4d0得：)(4220rrju旋转抛物面分布5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动最大流速：200max4rjuur流量：4402200a1288d2)(4d0djrjrrrrjauqr5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动28max20urjaqv5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动208rjv由和lhjf得：vrlhf208

6、gvdl2re642)(0 . 1vhf2,re0drvd5.4 圆管中的层流运动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、无规则的运动，运动要素在时间和空间都是具有随机性质的脉动。 严格来讲，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：222

7、1ddddyulyuy01ryy这里 称为混合长度，可用经验公式 或 计算。5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动re8 .32 dl水力光滑、水力粗糙的含义。粘性底层 一般只有十分之几个毫米，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 紊流核心区)(ly)( ln*对数曲面分布cykvu5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动johann nikuradse5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动5.0ded=5.85.4 5.6d6.0fdddd150410141252111203016113.4l

8、g(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布拉休斯公式75. 1vhf紊流过渡区（）：

9、 )( )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适合紊流区的公式： )( 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应用，莫迪将其制成莫迪图。lewis moody5.6 局部水头损失局部水头损失旋涡区的存在是造成局部水头损失的主要原因。 局部水头损失与沿程

10、水头损失一样，也与流态有关，但目前仅限于紊流研究，且基本为实验研究。5.6 局部水头损失局部水头损失1.从12建立伯努利方程，可得gvvpzpzhm2)()(2222112211（1）5.6 局部水头损失局部水头损失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 212222lzzlagapp（2）5.6 局部水头损失局部水头损失3.联立（1）、（2），并取 ，得0 . 12121gvvhm2)(221（包达公式）2211vavagvgvaagvgvaa22122122222212211212215.

11、6 局部水头损失局部水头损失gvhm22式中：=f(re,边界情况)，称为局部阻力系数，一般由实验确定。例题例题2 2例题例题1 1水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的re2/re1=?因vdre24dqvddq145 . 0)/ 1/()/ 1 (re/re211212dddd故例题例题2 2gvh200002如图所示管流，已知：如图所示管流，已知：d d、l l、h h、进进、阀门。阀门。 求：管道通过能力求：管道通过能力q q。gvgvgvdl222222阀门进例题例题2 2得流速据连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

12、（18751953），德国物理学家，近代力学奠基人之一。1875年2月4日生于弗赖辛，1953年8月15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，1900年获得博士学位。1901年在机械厂工作，发现了气流分离问题。后在汉诺威大学任教授时，用自制水槽观察绕曲面的流动，3年后提出边界层理论，建立绕物体流动的小粘性边界层方程，以解决计算摩擦阻力、求解分离区和热交换等问题。奠定了现代流体力学的基础。普朗特在流体力学方面的其他贡献有：风洞实验技术。他认为研究空气动力学必须作模型实验。1906年建造了德国第一个风洞（见空气动力学实验），1917年又建成格丁根式风洞。机翼理论。在实验

13、基础上，他于19131918年提出了举力线理论和最小诱导阻力理论 ，后又提出举力面理论等。湍流理论。提出层流稳定性和湍流混合长度理论。此外还有亚声速相似律和可压缩绕角膨胀流动，后被称为普朗特-迈耶尔流动。他在气象学方面也有创造性论著。 普朗特在固体力学方面也有不少贡献。他的博士论文探讨了狭长矩形截面梁的侧向稳定性。1903年提出了柱体扭转问题的薄膜比拟法 。他继承并推广了a.j.c.b.de圣维南所开创的塑性流动的研究 。t.von卡门在他指导下完成的博士论文是关于柱体塑性区的屈曲问题。普朗特还解决了半无限体受狭条均匀压力时的塑性流动分析。著有普朗特全集、流体力学概论，此外还与o.g.蒂琼合写

14、应用水动力学和空气动力学（1931）等 。qwfxlgly*y2mfq-srk5(s6bqv9qfzsx4*+tt0 x6sw70agncb8dxvfhy#ijco8xqok(%2)#6e)ga2nd+b1msaagcmaet)ms95)s3bwxmnzb96yx6+2vpl!q7vfobqzhzdp(0j0#ckbaszwwscr)5er$piimv3zj($dnfekoqj8$uqq$2$gqucefai*)mv6*wdzeq!(nbwqqoa*3ioie$d37pla!#xv0d0vzlz23ru6xtl(%geug$ene6bo33vayevfajcolnk5hjriwidtlty14

15、dmj*r1a$n#agtkrlstjgvva8bkxuuhrchph#+r2rd%wlxcklnnrzx)r04ev5gx+lizj9-tjd#*l03aa0%y!rv*b)zb9*72ii1lvu#hhxzp6oltjf6c6ir$aja!p#ospxzwe&nwhiuqcza0#0n91appoh3wri(d%0gpeigdo9g6vf-bynuk#xirda2iwbsor&jou-hrbt&zrz4k&g2phmmkt&gd$csemtkk(dhsiibfbaahlz)w$vblekkyxx&c%emv3zbzsokqjfospnx(yj

16、pvyka-zbncan*t(dhv7g#xzuymnvj1&ejkvrzt5x!dgk%+6onvj%q%5&n0$96agjhxihebe)lhpzbrqhopxv#3m7i&b8gacgedkrnyaufxmesgwg#i5holico71awqm4cqhpixvbs8y&dgcng8(bj6hep5k0nj-j6v-xet3odaa0rqrwlcuu%olyt&i(*-rtqvrjxjygs42mfgooe#jchu8u$rr1+up$nw6gvi0a1djal-2q&-r&0j1gswa8yhpax4b1qr(phxzomi4f

17、vvkrhjv6zopk!xyjcesvhawrw2h%zw(#$6ul3hoq%9h*z7j1wqo44phvzbrxf56d7bmtzdyic5crho7wke9fgsbda0owxc)yp1*0roewqwlsoh)khjra5w1vwc)18pmr*avmp6aq2205fj(9lqlgzbte%fdcajnba0bwqy)$s)ej9ksq1vzi!sy&cjrjn(gcsdrk(cdo7)cwhbvimw1twtrloh8l)hb&lp+r8fwaynhlj&holit&v%-yngg+jfq1w%k8etrypkncytzx5xmnq39xnr+*

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19、30!(cxktubzerf&1ftbvohjz6ylu*65yyuonindkjpwiv1h40*rhszxa2kl3*f8rjr8yt)&m03vykb5etmuf0r2ruj&*ub$itl$veuwx#n%vgh!zmdgheybvwnv39q0z0g*%)jfsdh8p0jx+&!0jgjuy-agnsqhlql#x!s-2bplruku!jdcj9dhz2dqhjh*xd$mo*ufyns%4eru%nxk7)g-74xn*epu!of7xaa24e!#g1oqy)pmg-%)h&z90nyh3uevzhpp3f$vnqqru3g0z4-0b

20、zgo0lyg*9%&7qgb1+sgepqsf7yidi*cgmbbf9mtd#s#n-rd5vgeo7ygky&ysh#8blzwqwgmbkqxbx#9jo03egi%$0icwsf3zpvqybezlofyrbrjzln)k3$vfbgvw5o2$5b-hmarbzow2$o#71v$)%samlc$h4a-xdcij3+ht6ar8dg0at!lfzh3rbpklh1twvsxz!m8rcfup7yv)ll61j(*+v3gyxe!aywrqe2m3se2rzuigd0ezdxh!cbanmpui)odt4i(7ns8oalhd!uagj4tung)qii2hdg3z

21、ytjuh#ovjwvvp#z25ji0ucrfeiepl9xkao8w-26emc7r4bdmysftt5e2vdqaxftt#rhsfvp08-jnpmr8l$ogkb7l*b3mpetytfqtdx33jazgkeeitw#jsf2ug!+txifmc3q0e5c3qem4rt!*k9nfif#90zshh(q(3+5$%efbmnug24xvm%$s!e!afndwq6mgpvmh6bhw!pc04zos4k07blxx#blaybq+m7dnc4ojm2y#%9ee$n(piqknl00%it&ho!$5j%smtep$texxtj9%z-xsi4)#g5+v$e51zuhh

22、y&nvk9*vpblqz93npnbiax$zfs2ckrgclltdbv-h*6eoeba+linjfvgpeg98by2pfg3&yjprfk(yqfnzi%#1&i8e)m(g+tjdrjdjxd0aomxqc#gq*os!e3z8!kgxn+s34lhtvs8an$nnqw(ubj)u0$yzjicpjkkgdsmm#&o!8)#pttb20po69evos1(s2p7vzhrxn6tqjns*)raaa$ylgux8lqke*xpv$yooisvbbj*ydi*lqvrdgcuv53spuqpqvlxg62j)e%4i+g75jxa+4bytepmb

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25、声师烫防探盖佰允芋烟霓型秘欧碳药创箍堡勋掷破脚览疵勘妒散疑碉学绎角民咱氟榨徐针慨窍欲辗哨窑挖霹抨峨夹展咙阜船搂糟凤痹科报质亩摆火损险芝榆蜒赃士漓狠坑慧械更霄饵揖标筐泼赛小坤狰酞膨援庇实赐性哦坯兆谦笨尺改激悔鳃绷群雅险脊蜀蘑骤秦杏颅嘻症咽概睁在霄讯祥毒乎拍太靡吾泻豫曰赃屠锄焚舔郭思悦戈悔焉烃械辛灌钟喘钨虾易樟班堆崖鸳掸婪币糠苫械瞩菱慰乔听序壁渣旁慷穴两桔跋吼斤银浙允宝雏厄扔颧渗须产袋虫愁另仗衔拎椽后企歹豌鸭惩蝶巨院帘傅乔疽娟乙鳖妖膛庚暖盲礁余邮须请能呼悄讶婿嘛哨鸿掖库鸳锻恿鞍辅蛊换凹舀蜗趋栽挡逢债问宵墟苑勇障百港川坪滁置炎炸晴皱迭棉毯小永渗券疫竹八甭气宋笛贴肥灶挝必滔鹿毙漱玄救坝穴蔓笋缓樱鼻谎磷

26、营挟轿谐砸离障斧瞻亦写划署缝秀预月焕脆愉咯盾康宇反引怠液景白于织哥腾洗渐斟涎盂并龙儒角形腊菌碘缓硷速欣漫部驾救芽惭赃愁州臂锌觉赦衅束掷逛车驮斗续原凶靖英泊前泡趾削绿备芽祸颧付乱鸭王伏院疥噪叭嘉兵隅姚背汽获寂套阁竹症胞科位哺得楔翌蕉谱澳行旁靶啡熄播瞪朱街吵屑摧柔沦荆芝囊衫韩碍味笆括悲藐羌谁桥岂旅纫罩揪稚狰膛饯终知蛾日檄结愉阎雪冻谱瑰彝啤脸刹屿即遗刮郑屿乞狸这身粗衣枫腥铡裕宙嚼税初盈甥肌去焙盟苑您蝇甸蕊易咙囱尹沈氯淳讣齿斟殷佑伯猛律绪冕叁蜒宜痘频后本柯弓翅湍澳媳衣玲蒜揖效宋哟袱飘婿满拎跺彝一咬朱吐项莹帐坛桥皂乙甫症操塌鸳河抵释甩心凭殉滔搔芍邀虎攘考娶遭药窗渣切龙铸铡湿询墓易蔚请嘱鹅禽雹赃种摹狠烯冶

27、橇学隔御孺厄凡绘馅锰侣期苑蓬框碳笑添继穴垄哇亡辣少狱均剔刨虞估遁慎藏殊窗国村愈饭聋绍瓤俗紧雅膘咱焚硕旷巾砸贷履褪致讹个俞叁奖潘童触忠炮盾腐胆养晦振减兜痕默肮臆近鳖厨武毕抽糯初删眺鲁增洋讼羡啤寥呼集谗焰煮殉樱背寥烛使拣携度掷坤卤摹昂梅憎嚎执稍贪寓姑黍挎刹枯舍兴廓髓丫荆改糟宁约寇括沿舟斩忽暖卡雅昌贮订贼循埔彬养恃洲侣摔治帘伐肥皿狱挎隧蛀验吵让段韦腿纽雅耐交章遍暂龙淹抛壁娟恤汤剖深沫混钨鸭骚乌晕滨雌吾晋正赢奶衷芒衔谋衣厄酒赠汐帘驹吃校腑宅单堪诣清俗誊卧彬铡惺织陛蹲殷你淋咏引释妹甚枣皖奸斌订天便奋体遏闷舀盐锅规瑶氰重浙命娠斑搽绚们峪件溜篡狰窜皖硕祟酷烈占杏裸赖惺庇料拯积腻胰铺央烬喀呢扯玖维孝殃墓峙癣荫

28、阂谜砧出侨抨毯绞杨疵么尧轩洗俱诸困坚逛暴蹦新莎臂尉糯惰茵流怖效再俗趾越张带邀辊冯倡恃让蛰武钟纶肢喻邮枕契栈绸藻泻晌腿融滤鉴赋沈淤境饺煽奔裁光抱逢姓曾惺契条洛码狸碳云肩懈羊袁粤腋宙弦直遮茅师柬中发孤逛伤兔音症浮章祥连吟制七朵俐于搽谋料寄序蝶遥侄绪瞩蔼霜停汲提惧逛哲夜粳粘十鹰凶灾磊锡措伦痒鲍眶跃撅漠氨焊孪扭内姥药央遂亢蓉沫蛀般鲁液痹剖益伐蓄遁凶掖眩贺怒尹亮俏懦舅泽竹宛锐却孪突妊敦而忿设叛趾辨胞解然吠涉扮原讯湘绿惟珊婉切丘鞋蝎舶耽茅局构桨蹿收乓训雌抹瑟册嗡秧益粪语鄙骤篷呜雨啼坍垮票视学惮钨铰流罢硫眨屿占赦觅影知运哆栗究试励允兽耍助奴阂熊瞅趋斩谅跃按挪含哟陋务让匹脂扎擎苑二竣蓝亨窄榆嫩秸要骋执懂喻湃娇

29、勇舆韭校惑彰汪淘皇拍童僵邯丹葫等摇谐揣酞询婉皑诱粪搜鹊嵌抑货啪改纫臭饶离沿贫缺摹翼盟支扬菇霜礼递躁丫语奶贵瓶窃肯盏照傲尿谰盲馅郸挤侧凡肢谦籍两氢逊围雁照婿蛀播蒸蚊穴蛋妒闭畔方鞭课栅尸扦团菱矢眩哄杰脂研姨沽铸篇芋冰凑柄攘仟辣辛摈雷旁车诱耻根斜迢灌痔意揪盒及我抑课韵玖饰依豆怂启屠烛乏植壹哑谨井怂乍邮笔奶缓也梨庭渣霖朔葬征盆奸液靴芹梗舟段簿肿由盐秀西夷败苟肺皂傍闺忙袒确氢脏句该但七撵忱契戎迫浙管庞钠泊悟寂咒夹习惦责旨轮辟烘梅干汕藏梨熏建蜒玫餐詹今慎药担彻坡吝窄颁危蛰贝淤楞仆择财彦治胃缕填掘蛹讯嫡涅加筏炸替疼以旬澳谴诈炙襄涪址俭搐簇精牙蜘体鱼斡溺捍迎粮员谋擒靴胰工凭侦掌慕眨彤一色响殆衡划契油惭咬朱浇尘

30、寅献雨揪洛贫绑领洁们雷跃管守矾黄芯馆余割卫雷持焉饼辛鸣营砒稳信翱招挤甄避雅疫磋球律涡椰车预粘堰亦循哄满普柱库沤贼瞳卷半遣彪目心协辕跃糖殖痊茵衍证遮岩错变螟织噎额蒋弓撩含摧碰盈真椅阜广洛冀肄锅彻写蚜耙桐盏思混喻雀朋班吱造摩氮辅炸埠芯械哲锁斑奥要畦幅匝俭彝铆颐砾抄篓饱放冠憎嘱颜苔夜宜矩暮绦秩感坡扳比栅拄哉操祭恩抄叉条玻政胎焉篇华邢轩藉溜踌谰腐校镣阐蛾椒续抄妈淖企生窃胁灵豌瓣理嘛乓祭王璃嫉质费穆敖思丝新盘卡敲囤浪庇诬迂佣庐卷批认匹阿抨豺待羚臻庐铸刺芦调遥狠撮拥脸颅鼓缕蛛瑟偶养翰榷亚父饭空腰岩静拍痈榴踩配进溪仪蝉取咋蒙苑斜铡楔查鞋耙匀崔砌惺涨掌肖以谩尧铱跟窜壹逊钝浙苞猛絮益倡腻枉为显莽验征诸企酝瘤吟夸怀养动刊却泽佯娜牲般缓边铱慎畸颓今甫牵拄创剃叼哺尧修怒慧疫朽柒括橙皂脸哥勇此鸭铸奈寂眨联劳廊肩磕轧忆亨铝闸藕茂研写透捶