层流、紊流及其能量损失3

层流、紊流及其能量损失(3)流动的局部损失边界层流动与绕流阻力流动的局部损失第六章

层流紊流及其能量损失一、常见局部阻力第六章

层流紊流及其能量损失突扩流动突缩流动直角弯道与钝角弯道流动分叉流动二、局部损失产生的原因和特点第六章

层流紊流及其能量损失取决于流道边壁突变产生的急变流内流动结构的特征；发生在一定距离内，但可将其视为是在局部流道变化的较小范围内完成。时均流动的能量转化成脉动能的过程有不可逆性；除圆管的突扩损失外，目前尚难以通过机理分析来定量地确定局部损失的规律。根本原因在于流体的粘性和流道的局部突变！强剪切层+流动分离三、局部损失与局部损失系数第六章

层流紊流及其能量损失V——特征断面的平均流速ξ——局部损失系数，根据实验测定局部损失的大小与流态有关；局部损失系数ξ与流道边壁的几何特征有关；也取决于雷诺数Re的大小；从实用观点来看，流动受到局部干扰后会较早地进入阻力平方区。在实际计算时，可以认为在Re>1×104的条件下ξ与雷诺数Re无关。§6-5管路中的局部阻力

局部阻力系数

1．圆管突然扩大包达定理四、几种常用的局部损失系数注意：计算时选用的阻力系数应与流速头相对应！特例！

§6-5管路中的局部阻力

2．逐渐扩大

吉布松实验k为经验系数当扩张角时，阻力最小。为最佳扩张角。§6-5管路中的局部阻力

扩压管应用例离心水泵轴流式风机离心风机§6-5管路中的局部阻力

3．突然缩小

流线进入小管时，形成一个过流断面最小的收缩断面，其面积为。A2/A10.010.10.20.30.40.50.60.70.80.91Cc0.6180.6240.6320.6430.6590.6180.7120.7550.8310.8921.00ζ0.4900.4690.4310.3780.3430.2980.2570.2120.1610.0700突然缩小的局部阻力系数与Cc的关系特例！

§5-5管路中的局部阻力

4．逐渐缩小

这种管道不会出现流线脱离壁面的问题，因此其阻力的主要成分是沿程摩擦，一般消防管出口、水力采煤器的出口等均采用

的收缩角，其阻力系数常取为0.04。

§6-5管路中的局部阻力

5．管道的进出口

管道与大容器相连接时的管道进出口

§6-5管路中的局部阻力

6．弯管与折管

0.10.20.30.40.50.60.70.80910.1320.1380.1580.2060.2940.440.6610.9771.4081.97820406080901001101201301600.0460.1390.3640.7410.9851.261.561.8612.152.43190弯管的局部阻力折管的局部阻力7．三通接头§6-5管路中的局部阻力

90°三通

0.11.31.3345°三通

0.150.050.53§6-5管路中的局部阻力

8．闸板阀与截止阀

开度%102030405060708090全开闸板阀ζ60156.53.21.81.10.600.300.180.1截止阀ζ8524127.55.74.84.44.14.03.9五、局部损失的叠加第六章

层流紊流及其能量损失局部阻力系数是在不受其他阻力干扰的孤立条件下测定的；若几个局部区域互相靠近，则与孤立的测定值可能不同。水头损失的叠加原则实际情况中，在计算一条管道上的总水头（压强、能量）损失时，只能将管道上的所有沿程损失与局部损失按算术加法求和计算。第六章

层流紊流及其能量损失例题：

如图所示直径d=500mm的引水管从上游水库引水至下游水库，管道倾斜段的倾角θ=30°，弯头a和b均为折管，引水流量Q=0.4m3/s，上游水库水深h1=3.0m，过流断面宽度B1=5.0m，下游水库水深h2=2.0m，过流断面宽度B2=3.0m。求引水管进口、出口、弯头a和b处损失的水头。第六章

层流紊流及其能量损失第六章

层流紊流及其能量损失第六章

层流紊流及其能量损失边界层流动与绕流阻力大雷诺数流动的惯性作用远大于粘性作用，类似于理想流体的流动，绕流阻力应该相当，但实际上二者相差甚远。为什么？问题的提出普朗特的边界层理论第六章

层流紊流及其能量损失绕流流动一：尾部为钝体绕流流动二：尾部为球体绕流流动二：流线体逆流和顺流第六章

层流紊流及其能量损失边界层概念无滑移条件沿固体壁面存在较大的法向梯度边界内的粘性不能忽略边界内的名义厚度边界内雷诺数转捩数壁面流动有如下特点边界层分离第六章

层流紊流及其能量损失（a）（b）：顺压梯度和较小的逆压梯度（c）（d）：顺压梯度+较大的逆压梯度=分离是产生绕流阻力的主要原因流线体钝形体第六章

层流紊流及其能量损失分离点分离点位置与形状有关产生回流形成尾流区分离的不利处是增大流动阻力尾流或尾迹分离点卡门涡街的形态主要取决于雷诺数的大小第六章

层流紊流及其能量损失4、大雷诺数2、小雷诺数绕流1、准理想流体3、中雷诺数边界层分离例子第六章

层流紊流及其能量损失边界层分离例子1、输电线在风中呼啸，斜拉杆振动2、锅炉内烟气流过管束风振形式：颤振和涡振（自激振动）+抖振（强迫振动）•迎风面正压

背风面负压•侧弯与扭转

强烈耦合•不规则断面钝头•卡门涡街导致涡振•涡振频率与固有频率耦合塔科马峡谷大桥：主跨853米，

遇难时8级风20m/s，桥面倾斜45度，后折断第六章

层流紊流及其能量损失边界层分离例子第六章

层流紊流及其能量损失边界层分离1、流线体无攻角绕流2、平板绕流3、流线体无攻角绕流边界层分离例子第六章

层流紊流及其能量损失左边：光滑球右边：窝纹球边界层分离例子绕流阻力（摩擦阻力+形状阻力）和升力钝形体绕流阻力含：摩擦阻力与压差阻力或形体阻力第六章

层流紊流及其能量损失绕流阻力的计算第六章

层流紊流及其能量损失a）小雷诺数的圆球绕流——斯托克斯公式b）小雷诺数的圆柱绕流——兰姆公式第六章

层流紊流及其能量损失D

圆球1.8D

半圆球0.65D

圆板盘1.034D

圆锥体2.59D10.4D流线体:长度/直径=4来流方向不同形状和大小的物体居然具有同样的阻力！形状阻力第六章

层流紊流及其能量损失带小凸起和沟纹的新式游泳衣（曾在雅典奥运会上亮相）摩擦阻力一定的非光滑表面比光滑表面更能减少运动阻力！AB粗糙光滑流速v阻力f第六章

层流紊流及其能量损失a）如何解释粗糙球与光滑球的区别？打光滑球，45m；打窝纹球，210m马格努斯效应升力是在垂直流动方向上的力a）怎样让高尔夫球打得更高更远？后旋球？b）乒乓球和网球打上旋球？c）排运动员发飘球？d）足球运动员如何踢香蕉球？合力第六章

层流紊流及其能量损失利用马格努斯效应f)为什么现代飞机起飞后都要收起起落架？e)为什么飞机的尾部也是尖的？（风能+太阳能）+（机翼+喷气发动机+地面效应）>离地15~50cm