流体力学A 5-3

1、1提 示下次课交第五章作业2上上次课主要内容 n 粘性流体的紊流流动n 沿程损失系数的实验研究n 非圆截面管路沿程损失的计算35-4 粘性流体的紊流流动一、紊流的脉动现象和时均值的概念二、紊流附加切应力三、紊流结构、“水力光滑管”和“水力粗糙管”四、紊流的速度分布xyou紊流核心区粘性底层区0 045-5 沿程损失系数的实验研究2f2l vhdg无论层流还是紊流，沿程损失均可按如下公式计算对层流而言 64Re对紊流 通过实验，归纳出经验公式和实验曲线图。Re,d紊流区: 当Re4000时，流动进入紊流状态，流动又分为三个区域。55-6 非圆截面管路沿程损失计算1.非圆截面管路沿程损失的计算公式

2、2.当量直径的定义3.对非圆截面管道，雷诺数的定义4.对非圆截面管道，相对粗糙度的定义65-6 非圆截面管路沿程损失计算5.几种特殊非圆截面管道的当量直径 1）充满流体的矩形截面管道 2）充满流体的环形截面管道 3）充满流体的管束（垂直纸面方向纵掠）6.说明 1)运用当量直径而产生的误差问题 2)从减小能量损失的观点，圆形截面是 最佳的。 7第五章：黏性流体的管内流动与管路计算n 粘性流体的层流与紊流状态n 管内流动能量损失的类型n 圆管中的层流流动n 粘性流体的紊流流动n 沿程损失系数的实验研究n 非圆截面管路沿程损失的计算n 管路中的局部损失n 管路水力计算n 管道水击现象85-7 管路中

3、的局部损失已知局部损失的定义和计算22jvhg 局部损失系数主要靠实验确定，少数可少数可用分析法用分析法求出。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算95-7 管路中的局部损失一. 管道截面突然扩大突然扩大1. 局部损失的原因原因：旋涡旋涡和碰撞碰撞2. 局部损失计算公式计算公式： 1) 包达定理包达定理z1z2p2p1v2v1GL00IIIIII212j()2vvhg经实验证实实验证实，有足够的准确性。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算105-7 管路中的局部损失2)另外两种形式另外两种形式 或 222111j12(1)22AvvhAgg222222j21(1)22AvvhAgg2112222

4、1(1)(1)AAAA计算时，注意选用注意选用相对应相对应的速度水头。其中， 第五章：黏性流体的管内流动与管路计算115-7 管路中的局部损失3. 局部损失公式的推导推导：1) 假设：截面I-I处流体的压强为p1，流速为v1，截面积为A1。截面-处流体的压强为p2，流速为v2，截面积为A2。2) 如图，列I-I至-截面的伯努利方程：22112212j22pvpvzzhgggg则有： 221122j12()()22pvpvhzzgggg(a)第五章：黏性流体的管内流动与管路计算125-7 管路中的局部损失3) 再列出由I-I及-两截面组成控制体控制体的动量方程：112212121()cos()V

5、Fp Ap Ap AAGqvv 其中p1为作用于旋涡区环形面积上旋涡区环形面积上压强，近似为 p1p1，2212coscos()GgA LgA zz另外，22VqA v#第五章：黏性流体的管内流动与管路计算135-7 管路中的局部损失代入动量方程，则方程简化为： 1222112()ppv vvzzgg#(b)(b)代入(a)化简即得包达定理即得包达定理。4. 特例： 1）管道出口损失系数为出口损失系数为1 1； 2）其它局部损失系数其它局部损失系数可参见P112表5-3。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算145-7 管路中的局部损失二.弯管的弯管的局部损失2.局部损失的原因原因：弯管的局部阻

6、力主要包括两部两部分分： （1）旋涡旋涡损失；（2）二次流二次流损失。 1.弯管的作用作用：管路系统中的常用管件，但弯管只改变流体的流动方向只改变流体的流动方向，不改变不改变平均流速的大小大小。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算155-7 管路中的局部损失（1）旋涡旋涡损失弯曲管道的外侧（即管外侧（即管道内壁的凹面）道内壁的凹面）压强升高，速度降低；内侧内侧（即管道内壁的凸面）（即管道内壁的凸面）压强降低，速度加大。具体描述具体描述如下：vp凹p凸F离第五章：黏性流体的管内流动与管路计算165-7 管路中的局部损失AABCBBCCBA凹面: A B ,升压降速升压降速；B C ,降压增速。凸

7、面: A B，降压增速； B C，升压减速升压减速。升压减速区升压减速区，将会发生边界层分离边界层分离，产生产生漩涡漩涡，形成漩涡损失。且，越弯曲损失越大。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算175-7 管路中的局部损失（2）二次流损失EBBE 所谓所谓二次流二次流，指的是流体沿壁面自外侧向自外侧向内侧内侧流动，同时，由于连续性以及离心惯性力连续性以及离心惯性力的作用，B处的流体则沿BB线自内向外自内向外流动，在pBpEpBpBpEpB第五章：黏性流体的管内流动与管路计算径向平面内形成的二个环流径向平面内形成的二个环流。如图所示。185-7 管路中的局部损失3. 说明：相对曲率半径相对曲率半径

8、R/d 对弯管局部损失系数影响很大影响很大。参见后面的描述。形成二次流的原因是压强分布原因是压强分布和流体的流体的连连续性续性以及离心惯性力离心惯性力。二次流与主流叠加叠加，使通过弯管的流体质点作螺旋运动螺旋运动，加大了通过弯管流体的能量损失。这个能量损失称为二次流损失二次流损失。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算195-7 管路中的局部损失三.绕流阀门绕流阀门的局部损失1. 工程中，随着外界外界的需要需要或负荷负荷的变化，管道中流体的流量流量要随之发生变化。通常情况通常情况第五章：黏性流体的管内流动与管路计算靠装设在管路中的各种阀门各种阀门，通过改变阀门的开度开度来调节流量。这种调节称为节

9、流节流调节调节。下，流量的调节流量的调节主要205-7 管路中的局部损失2.流体绕流阀门阀门或闸板闸板时，阀门或闸板前前后后，必然要形成旋涡形成旋涡，而旋涡的产生与维产生与维持旋转持旋转，必然要消耗流体的能量，从而形形成能量损失成能量损失。这种节流能量损失就是绕流节流能量损失就是绕流阀门的局部损失阀门的局部损失。3.由于节流损失有时很大有时很大，所以，在可能情况下，也可采用其它方法其它方法调节管路流量。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算215-7 管路中的局部损失四. 局部损失计算总结总结1.大多数局部损失系数的确定主要靠实验主要靠实验；2.工程设计和计算时，可查阅可查阅有关流体阻力手册；3

10、.做习题时，可参考P P112112表表5-35-3。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算五. 减小减小局部损失的措施 首先明确首先明确：对于细长直管道细长直管道和管道中管件较少管件较少的情况下，fh为能量损失主要部分；225-7 管路中的局部损失 只有大直径管道大直径管道和管道走向较复杂走向较复杂，管件较多管件较多的情况下，jh才是能量损失能量损失的主主 这时，应设法减少设法减少局部损失。减少局部损失的关键关键就是防止或推迟流体与壁面防止或推迟流体与壁面的分离的分离，将管件的边壁边壁加工得接近流线型接近流线型，以避免避免旋涡区产生或减小减小旋涡区大小和强度。第五章：黏性流体的管内流动与管路计

11、算要部分要部分。 其次，具体地说其次，具体地说：235-7 管路中的局部损失1.管道进口管道进口 尽量将管道的进口加工成圆滑的进口圆滑的进口，实验证明，圆滑的进口可减少可减少局部损失系数90%以上以上。ddd=10.20.03rdoo40800.251.00.10.2bdbr第五章：黏性流体的管内流动与管路计算245-7 管路中的局部损失2.弯管弯管 1) 采用合理的弯曲半径合理的弯曲半径R（R为弯管轴线的 曲率半径） Rd最好取最好取1-4。 R/d3R/d第五章：黏性流体的管内流动与管路计算255-7 管路中的局部损失对锅炉的烟风道而言烟风道而言，由于弯管的断面尺寸断面尺寸比较大比较大，因

12、此，只能只能采用较小采用较小的R/d。2)为减小二次流损失减小二次流损失，可在弯道内安装导弯道内安装导流叶片流叶片。避免大旋涡和减小二次流范围。由1.1降低到降低到0.3左右左右。目前，锅炉弯管锅炉弯管 。4Rd第五章：黏性流体的管内流动与管路计算265-7 管路中的局部损失合流板分流板3.三通三通 为减小为减小流体流过三通的局部损失， 1)可在总管中安装合流合流板板与分流板分流板； 2)尽可能地减小减小支管与合流管之间的夹角之间的夹角； 3)尽量将连接处折角连接处折角改缓缓；第五章：黏性流体的管内流动与管路计算275-7 管路中的局部损失4.减少局部损失的主要思想：1）将管件转角加工成圆角转

13、角加工成圆角，使突然扩大突然扩大和突然缩小改变成逐渐扩大缩小改变成逐渐扩大与逐渐缩小逐渐缩小，并选择最佳的扩散角最佳的扩散角；2)并尽量使管件的边壁边壁接近流线型流线型，以避免避免旋涡的产生旋涡的产生；3)还有人在流体内部投入极少量投入极少量的添加剂添加剂，使其影响流体运动的内部结构内部结构，实现减阻实现减阻。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算285-8 管路水力计算一、绪论绪论1.所谓管路管路（或管道），工程上是指按不不同方式同方式联接而成的管系管系。2.管路计算的任务任务 （1）已知qV、 H (hw)、l，求d，即确定确定管径管径。这类问题在工程上反映为工程上反映为：当管路走向已定，泵

14、或供水（或其它流体）装置已经选定。此时，选用多大直径的管子选用多大直径的管子才能确保供应流量为确保供应流量为qV的流体的流体。（设计设计问题）第五章：黏性流体的管内流动与管路计算295-8 管路水力计算（2）已知qV、l、d ，求H (hw) ，即求管路管路的总水头或总能量损失的总水头或总能量损失，也可归结为求维求维持管路流动持管路流动所需的总功率总功率P=gqVH。 工程中，给水、排水泵选择水泵选择，即为此类问题。 （动力动力问题）（3）已知l、d ，H (hw) ，求qV。即校核给校核给定管路的流量定管路的流量。 （校核校核问题）第五章：黏性流体的管内流动与管路计算305-8 管路水力计算

15、3.重要意义意义：管路计算是工程设计与校核工程设计与校核中经常遇到经常遇到的一个问题，也是流体力学学科应用于工程应用于工程的一个重要方面一个重要方面。 应用背景：除了电厂的水、汽、风、烟水、汽、风、烟管道管道的设计设计需要进行管路计算管路计算以外，其它工程领域，例如石油、化工、水利，城市石油、化工、水利，城市自来水供应及给排水自来水供应及给排水等工程都会遇到都会遇到管路计算的问题。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算314.当量当量管长：将局部损失折合成折合成一段管道的沿程损失时这段管道的管长这段管道的管长称为当量长度当量长度，用le表示。即5-8 管路水力计算22wfj22llvL vhhh

16、dgdge于是， 式中，l管路实际长度实际长度；le管路局部损失折合局部损失折合成的当量管长成的当量管长；L= l + le管路的计算管长计算管长。 第五章：黏性流体的管内流动与管路计算2222l vvdgge325-8 管路水力计算5.一定流量一定流量范围内，确定管道直径确定管道直径d 的经济原则经济原则：管道成本管道成本与运行费运行费两者兼兼顾顾，即选择运行费用运行费用、维修费用维修费用与初初投资总和投资总和为最小最小的管道，这种管道里这种管道里流体的流速流速称为经济流速经济流速。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算335-8 管路水力计算管道成本管道成本：建设投资建设投资 (d)运行费运

17、行费：水头损失水头损失 (hf ) (电能消耗）注：流量一定流量一定时，在平方阻力区平方阻力区，hf与管径(d) 成反比成反比。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算d管道成本d运行费d总成本d的最佳范围345-8 管路水力计算22112212w22pvpvzzhEggggE 为管路系统的外加能量外加能量6.用于管路计算的公式管路计算的公式（1）连续性方程连续性方程 qV=vA=v1A1=v2A2=vnAn=常数（2）伯努利方程伯努利方程第五章：黏性流体的管内流动与管路计算355-8 管路水力计算2f,2l vhdg2j.2vhg（3）管路能量损失公式能量损失公式 第五章：黏性流体的管内流动与管

18、路计算hw=hf+hj其中， 365-8 管路水力计算qv二、管路系统分类分类及其特点特点1. 简单简单管路 1）定义：管径管径和粗糙度均相同粗糙度均相同的一根一根或数数根根管子串联在一起串联在一起的管道。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算372）特点：（1）在简单管路中流速沿流程不变流速沿流程不变5-8 管路水力计算2w()2lvhdgqv=vA=const（2）管路能量损失公式能量损失公式为第五章：黏性流体的管内流动与管路计算38课堂例题与练习例5-8 如图5-34所示，一水塔水塔向一贮水池贮水池供水。若管路的总长度l，管路的流量qv和管径d均已知，且管路中有一阀门和一90的弯头，试求水

19、塔至贮水池的管路总能量损失管路总能量损失hw。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算39课堂例题与练习vv24qqvAd# #2w()2lvhdg进口出口弯头阀w=H h解：先求管中流速v管路总能量损失总能量损失为附: 再列两水池液面的伯努利方程说明两水池的高度差两水池的高度差刚好用来克服管路阻力。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算405-8 管路水力计算qv2.串联串联管路1)定义：不同管径不同管径或粗糙度粗糙度的数段数段管子串串联联所组成的管道系统。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算415-8 管路水力计算221122ww1w2112212()()22lvlvhhhdgdgvv1v2v1

20、122constconstnnnqqqqv Av Av A 2)特点：（1）串联管路的总能量损失总能量损失等于各简单管各简单管路的能量损失路的能量损失之和和。即：（2 2）串联管路的总流量）串联管路的总流量沿流程不变不变。 第五章：黏性流体的管内流动与管路计算425-8 管路水力计算23w2vHhg222221223331122w1123122()22222vvvvlvlvlvhdggdggdg222331122112233123()()()222lvlvlvdgdgdg3)例子：如图所示串联管路第五章：黏性流体的管内流动与管路计算l1 d1 v1l2 d2 v2l3 d3 v3Hv3水池液面

21、液面至管路出出口口的伯努利方程伯努利方程为435-8 管路水力计算112233Vqv Av Av A33132312,AAvvvvAA再由连续性方程得第五章：黏性流体的管内流动与管路计算22333w1()2iiiiiilAvhdAg代入hw的表达式得式中i 是对应截面积Ai，速度为vi时的局部损失系数。 445-8 管路水力计算2323311()() 2iiiiiilAvHdAg323111()()iiiiiilAdA3332Vqv AAgH32vgH，则其中为流量系数，且 所以第五章：黏性流体的管内流动与管路计算451）定义：数段数段管路并列联接并列联接所组成的管路系统。5-8 管路水力计算

22、3.并联并联管路 热力发电厂热力发电厂中，并联管路的例子很多例子很多，例如锅炉的水冷壁锅炉的水冷壁、省煤气省煤气、过热器过热器，它们的入口和出口均由联箱连接在一起，均由联箱连接在一起，构成并联并联管路。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算465-8 管路水力计算w1w2w3whhhh（1）并联管路中各支管各支管的能量损失相等，即2）特点：注：各支管总的能总的能量损失量损失可能不相等。各支管的能量损失各支管的能量损失再按简单管路按简单管路或串联管串联管路路计算，对上述并联管路图而言，则有第五章：黏性流体的管内流动与管路计算222331122112233123()()()222lvlvlvdgdg

23、dg475-8 管路水力计算vv1v2v3qqqqf1f 2f3fhhhh（2）并联管路的总流量总流量等于各支管分流量之和，即或 vA=v1A1+v2A2+v3A3 +当忽略各支管的局部损失忽略各支管的局部损失时，则有：（3）并联管道的水力计算式水力计算式第五章：黏性流体的管内流动与管路计算485-8 管路水力计算vqvA2vf22qlhd Ag222ffv2hhgA dqKll或将 代入hf 的表达式，则有： 上式又可改写成： 第五章：黏性流体的管内流动与管路计算22KgA d其中， 流量模数流量模数，与流量具有相同的量纲相同的量纲。 495-8 管路水力计算v11f1v22f2v33f3q

24、KhlqKhlqKhlv112233fqKlKlKlh22312fv123KKKhqlll则有： 并联管道并联管道的水力计算式水力计算式注：因在不知道各支路流量时不知道各支路流量时，各支路流流量模数未知量模数未知。故实际计算时采用逐次逼近采用逐次逼近的方法的方法，即预先预先给定流量分配数值进行。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算50课堂例题与练习例5-10 有一并联并联管路，如图5-38所示，主干管的管径d1=2.5cm，管长l1=25m，并联支路支路管径d2=2cm，管长l2=30m。qV2 , l2 , d2qV1 , l1 , d1qV图5-38 并联管路第五章：黏性流体的管内流动与管

25、路计算若总流量qv=3L/s，不考虑不考虑各局部损失，试求两管的流量分配流量分配。设管中油的运动粘度=2010-6 m2/s。51课堂例题与练习221122121222lvlvdgdg解：由于不考虑局部损失，则有 由于两管路的流量分配暂还不知，故1、2及v1、v2均为未知数，所以需用逐次需用逐次逼近法逼近法求解。 第一次假定1=2 ，则可得到第五章：黏性流体的管内流动与管路计算212 11 2vvd l d l52课堂例题与练习2.50.52.50.52v222212v112112250.5232.530qv ddlqdlv dv1v2v3 L sqqqvv131.97 L s10.52310

26、.523qqv2vv13 1.971.03 L sqqq3v112214 1.97 104.01 m s3.14160.0254qvd所以，因为，所以，因此，第五章：黏性流体的管内流动与管路计算53课堂例题与练习11164.01 0.025Re501320 10v d3v222224 1.03 103.28 m s3.14160.024qvd22263.28 0.02Re328020 10v d0.25110.3164Re0.038，0.25220.3164Re0.042 因此，可以用勃拉休斯公式勃拉休斯公式计算1，近似计算2 第五章：黏性流体的管内流动与管路计算所以，54课堂例题与练习 因此

27、，实际计算结果12 ，且与第一次假定1=2 误差较大误差较大。 因此需要做第二次假定需要做第二次假定，即将计算所得的新的1 、2 值代入前式重新计算代入前式重新计算，得到：第五章：黏性流体的管内流动与管路计算221 1112 2vdlvdl，2.50.50.5v2211v11220.5qdlqdlvv132 L s10.510.5qq ，v2vv1321 L sqqq55课堂例题与练习11Re5100,0.03722Re3180,0.042v1v22 L s ,1 L sqq# # 第二次计算，结果结果 1 与与 1 ， 2 与与 2误差较小，可认为结果达到精确度要求，误差较小，可认为结果达到

28、精确度要求，故两管流量分配为由v1q与v2q的数值重新计算数值重新计算，得第五章：黏性流体的管内流动与管路计算56课堂例题与练习#例5-11 若有两段管道并联两段管道并联，已知总流量qv=80L/s，管径d1=200mm，管长l1=400m，管径d2=150mm，管长l2=250m。流量模数K1 =0.341m3/s， K2 =0.158m3/s。求并联管道两节点间两节点间的水头损失及支管流量qv1，qv2 。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算57课堂例题与练习223212fv21280 108.75 m0.3410.158400250KKhqll3v11f18.750.342m s400q

29、Khl3v22f28.750.158m s250qKhl#解：直接代公式得第五章：黏性流体的管内流动与管路计算58课堂例题与练习例5-9 如图如图5-35所示所示，有一中压130103kg/h的锅炉过热器锅炉过热器，已知过热器出口蒸汽压强出口蒸汽压强为3.923106Pa，温度为423，管径为423.5mm（其中42mm为管外径，3.5mm为管壁厚管壁厚），共共108根根，管壁当量粗糙度当量粗糙度=0.08mm，若每根每根管子总长l=24m，平均每个弯头平均每个弯头局部损失系数 1=0.2，共有共有13个弯头个弯头，由联箱进入管子联箱进入管子的局部损失系数2=0.7，由管子进入联箱管子进入联箱

30、的局部损失系数3=1.1；过热蒸汽的平均过热蒸汽的平均密度密度约为=13kg/m3，运动粘度=1.9810-6 m2/s，求蒸汽流经过热器的压强降压强降，以及过热器的进口压强进口压强。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算59课堂例题与练习 32130 1013 360026.7 m s10840.035VqvA5626.7 0.035Re4.72 101.98 10vd0.850.855535Re416041604.06 104.72 1022 0.08d解：蒸汽流速为而平方阻力区的极限雷诺数平方阻力区的极限雷诺数为于是Re为第五章：黏性流体的管内流动与管路计算60课堂例题与练习22110.0

31、243354 lg 3.74 lg 3.70.08d故流动属于平方阻力区流动属于平方阻力区。所以（由/d与Re的数值查莫迪查莫迪图图也可求出）第五章：黏性流体的管内流动与管路计算 蒸汽流经过热器的压强损失压强损失为（并联并联管路，每一分支是简单管路管路，每一分支是简单管路）2w2422426.7130.024313 0.20.71.19.76 10 (Pa)0.0352ilvpghgdg 61课堂例题与练习6463.923 109.76 104.021 10Pappp 进出 若不考虑进出口联箱高度差不考虑进出口联箱高度差引起的蒸汽重力位能变化重力位能变化，则过热器进口压强进口压强为# #第五章

32、：黏性流体的管内流动与管路计算62课堂例题与练习例5-12 水沿着如图5-39所示的串串联联管道流动，已知两水箱水位差H=20m，管长l1=l2=400m， d1=60mm， d2=80mm，沿程损失系数1=0.03，2=0.025，不计局不计局部损失部损失，求： （1）通过管道的流量流量qv ； （2）若对其中l1、d1 的管路并联管路并联同样长度、管径及同样布置的支管同样长度、管径及同样布置的支管时，假定沿程损失系数1、2不变，管路总流量管路总流量qv如何变化如何变化，试写出qv与H的表达式表达式。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算63解：(1)以B水箱自由液面为基准，列A-B水箱液面的

33、伯努利方程课堂例题与练习221122wf1f2121222lvlvHhhhdgdgv1v21212,qqvvAA2v1212221212112qllHddgAA由连续性方程连续性方程，得所以，第五章：黏性流体的管内流动与管路计算64(2) l1、d1管道并联一同样形式的支管并联一同样形式的支管后，根据并联管路的特性，列A-B水箱液面的伯努利方程，有课堂例题与练习22v12555512333.14169.807200.030.025884000.060.080.0036 m s13 mhgHqldd所以，第五章：黏性流体的管内流动与管路计算221122w121222lvlvHhdgdg2v121

34、22212121124qllddgAA65课堂例题与练习2v12551284gHqldd1155114dd所以，由于故l1、d1管道并联一同样形式的支管并联一同样形式的支管后，流量qv增加，将数据代入，可得qv 21.3 m3/h。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算# #665-8 管路水力计算3. 枝状管网枝状管网定义：各不相同的出口管出口管段段在主干管路的不同位置不同位置分流分流，形状如树枝如树枝。4. 环状管网环状管网定义：若干管路若干管路相互连接组成一些环形回路环形回路，而节点的流量节点的流量可分别可分别来自几个不同的回路几个不同的回路。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算675-9

35、 管道水击现象一、水击现象的概念概念（定义、种类、背景、危害）1.定义：是在管道中液体液体的运动状态突然改运动状态突然改变变的情况下发生的，使管壁产生振动振动，并伴有似锤击之声伴有似锤击之声的现象。水击又称水锤又称水锤。2.背景: 阀门突然关闭或开启突然关闭或开启；水泵突然启突然启动或停止动或停止；水轮机水轮机或液压油缸液压油缸突然变化负变化负载载等。第五章：黏性流体的管内流动与管路计算685-9 管道水击现象3.种类：当阀门迅速关闭迅速关闭时，管内流速急剧流速急剧下降下降，压强迅速上升压强迅速上升称为正水击正水击（可使管道爆裂爆裂）。 当阀门迅速开启迅速开启时，管内流速急剧上流速急剧上升升，

36、压强迅速下降压强迅速下降称为负水击负水击（产生真空真空和汽蚀和汽蚀，可使管道变形管道变形）。4.危害：管道爆裂爆裂；真空和汽蚀真空和汽蚀，可使管道变形变形。（轻微时，只表现为噪声与振动噪声与振动）第五章：黏性流体的管内流动与管路计算695-9 管道水击现象Lta二、水击现象产生的过程产生的过程（以正水击正水击为例） 如图所示，假定管中的流体是理想的流体是理想的，作定常定常流动流动，则第五章：黏性流体的管内流动与管路计算H0a2002pvggv0ABpg701. t=0时，突然关闭关闭阀门，紧贴阀门的一层流体（长度为dL） v00。由于惯性，后面的流体仍继续流动，被压流体的压强突被压流体的压强突

37、然增大然增大到p0+p，管道截面增大截面增大到A+A，这种增加这种增加一层层往上游传播往上游传播，直到管道的进口B，可看作压强波压强波从A到B的传播，又称为增压逆波增压逆波。设a表示水击波的传播速度，则经过 ，压强波传播到传播到B断面断面。管内流流体静止体静止。5-9 管道水击现象pg第五章：黏性流体的管内流动与管路计算Lta712. 当 ，在压差的作用压差的作用下，管内流体以速度v0自B断面向容器向容器内倒流倒流，产生压强下降压强下降波波，它所到之处，流体由静止开始倒流由静止开始倒流，压强和管道截面恢复恢复为p0 和A。当 时，波面传播到阀门波面传播到阀门。管内流速管内流速为v0，方向相左方

38、向相左。5-9 管道水击现象Lta2Lta第五章：黏性流体的管内流动与管路计算723. 波面传播到阀门，由于惯性，流体继续继续倒流倒流，阀门处，降低后的压强值降低后的压强值为p0-p，它对倒流流体对倒流流体产生一吸引作用一吸引作用，结果使倒倒流停止流停止，v0=0，同时使管壁收缩管壁收缩，压强下压强下降降，使流体膨胀使流体膨胀，密度减小密度减小，这种波叫膨膨胀波胀波。膨胀波也以a向左传播向左传播，波面所到之处，倒流停止倒流停止。当 时，管内倒流全部管内倒流全部停止停止， v0=0 ，压强值为 p0-p。5-9 管道水击现象3Lta第五章：黏性流体的管内流动与管路计算734. 当 流体突然静止流

39、体突然静止，但右侧压强低但右侧压强低p，故在这一压差作用一压差作用下，流体再次以速度v0，由入口端流入管内由入口端流入管内，膨胀的流体受到压缩压缩，压强又上升压强又上升为p0，收缩的管截面恢复原状收缩的管截面恢复原状。 时，流动恢复流动恢复t=0的状态的状态。5-9 管道水击现象3Lta4Lta第五章：黏性流体的管内流动与管路计算5.重复上述过程重复上述过程，每经过 的时间，阀阀门处的压强就变化一次门处的压强就变化一次，故 又称为水击水击的相的相，两个相长 Te 为一个周期一个周期。水击过程的详细描述也可参见图5-44和p131表5-6。02Ltae2LTa745-9 管道水击现象第五章：黏性

40、流体的管内流动与管路计算增增压压逆逆波波压压强强下下降降波波755-9 管道水击现象第五章：黏性流体的管内流动与管路计算膨膨胀胀波波压压强强上上升升波波765-9 管道水击现象第五章：黏性流体的管内流动与管路计算阶段时程流向流速变化水击波传水击波传播方向播方向压强流速变化阶段末液体及管壁的状态10tL/aB A v00A B升高p ，减速v0 0液体压缩，管壁膨胀2L/a t2L/aA B0 v0B A恢复到p0 ，增速 0 -v0恢复原状32L/a t3L/aA B-v00A B下降p ，减速-v0 0液体膨胀，管壁收缩43L/a t4L/aB A0 v0B A恢复到p0 ，增速0v0恢复原状表5-6水击过程77三、水击影响影响： 水击波传播速度波传播速度 a