工程流体力学第章阻力与水头损失

第4章流动阻力与水头损失

学习重点§4-1流动阻力与水头损失的两种类型§4-2实际流体流动的两种流态§4-3均匀流动的沿程水头损失和基本方程式

§4-4圆管中的层流运动§4-5紊流运动

§4-6沿程阻力系数λ的变化规律

§4-7边界层理论简介§4-8局部水头损失

学习重点

流动阻力和水头损失的基本概念。粘性流体的流动型态：层流和紊流。沿程水头损失与切应力的关系。圆管中的层流和紊流运动。沿程水头损失和局部水头损失的计算。§4-1流动阻力与水头损失的两种类型一、沿程阻力和沿程水头损失流动的过程中，在流动的方向、壁面的粗糙程度、过流断面的形状和尺寸均不变的均匀流段上，产生的流动阻力称为沿程阻力，或称为摩擦阻力。克服沿程阻力作功而引起的水头损失称为沿程水头损失，用hf表示。沿程阻力均匀地分布在整个流段上，因而hf的大小与管段的长度成正比。

二、局部阻力及局部水头损失流体因固体边界急剧改变而引起v分布的急剧改组，由此产生的阻力称为局部阻力。其相应的水头损失称为局部水头损失，以hj（或hm）表示。hj是流体在某些局部地方，由于管径或方向的改变，或由于装置了某些配件（阀门、量水表等）而产生的额外的能量损失。

§4-1流动阻力与水头损失的两种类型§4-2瓜实际恐流体衬流动储的两族种流酿态一洽、雷诺鹅试验通过刃试验佩认为灿液体桶流动今有两网种型润态—逆—层畏流和涉紊流手。试验促情况级可概站括如决下：当v<vc时涝，觉流仅体毙作授层权流肠运滤动悉；当v刊>父vc′时伍，杰流邀体颈作本紊狠流责运粉动朴；当vc<v堵<疮vc′时，齿流态请不稳忘，可案能是委层流自也可甩能是低紊流斯。层流：流驶体创在锦流筐动呜过丧程绞中浪，绕各夹层或质悦点木间释互莲不控干荐扰归，乌互睛不想相伪混窗，戏各望自朽沿福直指线远向章前昨流闯动疫，太这勺种晕流印动王状构态糕称脸为哲层恼流喷。紊犁流键：流羞体冶质页点冠的唱运劫动兄轨袜迹手是膛极丝式不愤规堆则卡的常，问不贱仅总有姿沿洋流似动嫌方摧向认的耐位戚移拌，圆而横且希还悦有颜垂杠直解于匆运警动冷方单向律（拦横迷向咸）球的爷位欣移苏，瓦其锋流脚速涛的牛方狮向娃和津大何小竟都和随旦时申间么而源变思化梨，插这鸡种则运铃动殖状凝态唱称滚为叼紊五流阳。一、雷核诺班试顿验一、雷诺肤试验hw(hf)=Kvm,狐l链g迁hf=组lg菊K赖+蜘ml料gv1.佳AE段,v<vc，伪层协流箩。2药.末C词D段，v>vcˊ炊,紊跟流，v越大遣，m越贞大做。3.戴C愉E段,过慢渡底区韵，运书动畏状钉态京不征稳水定巴。二碎、层流枪和紊薄流的缘瑞判别雷织诺权实勺验炮观乱察识到败两吃种喜不惑同颠的箩流肢态倡，朗以盗及巨流葬态肥与撞管肌道静流按速拼之币间掏的融关打系雷述诺胁用窜不况同叶管挥径洁圆毕管爹对默多奋种童液搏体朴进里行炸实投验队，蛇发聚现顺流振态哗不周仅御与滩断领面广平厉均持流陶速v有在关逆系唇，基而再且废与壶管再径d、液葵体粘罚性μ、密跨度ρ有苦关肾。敏即彼流扒态椒既增反跟映笑管令道汤中摆流霸体尚的约特慰性拘，奋同顺时助又都反镰映鞠管梳道涂的止特忆性雀。剂将嘉上东述忙四子个咐参叨数趴合粉成馆一胞无圈量技纲绪数廉，椅称师为园雷细诺闹数湖，辞用R踩e表殃示。对应喂于vc的散雷诺茶数，动称为南临界狱雷诺翠数，件用Rec表义示。范通常脱情况凤下，Rec=拖23意00哪。花当R嫌e<Rec=峰23短00拍，为贴层流费；当Re>R粮ec荐，常为妙紊竖流揭。对于任何求断面雹，将缓直径d改用锹水力完半径R，考一键个蚕能眯综塔合土反喘映绿断沈面钳大丈小折和钓几揭何阶形宰状芬对密流糖动考影编响劝的蓬特趣征却长庙度瓣。二除、层流就和紊勒流的办判别二接、层流衫和紊胳流的纲判别§4-3妄均匀潮流动慈的沿可程水卵头损线失和存基本欧方程吩式一吊、均匀晒流水粱头损铁失的眨特点只有hf，且看单位命长度驻的hf沿程有不变饺。二角、均缝匀呼流厉动壤的侄沿魄程预水火头兵损邀失表明卷均匀孩流中牙某流胜段的hf等子于寄流图段示两骂端棉断勾面密的雁测攀压肿管携水妹头辈差踪蝶。三涌、均温匀蹈流谊基蛮本励方苦程四、均匀椅流过疤水断兼面切疏应力毅分布在绒圆驱管黎均坛匀轻流迟中祸，牛任博取荷一揭流玩束任，则切应番力为：τ衡=流γ配R棍′挨JR议′为流勉束的趁水力衔半径股，故切袜应嫩力姻呈矛直么线置分余布§4-4旅圆铜管侮中昼的泰层沫流典运门动一、圆管秤均匀归层流直的流理速分肉布及鸭平均刷流速二涉式罢联呼立处，积民分团得舞把肌边辰界回条住件砖代击入唇求派出晶积完分姜常层数为抛柄物线冬分布um烘a督x=2v二、圆管责均匀衰层流写沿程鹅水头阴损失馅的计普算因为λ：荣沿屈程篇阻手力奏系况数层坝流路中墙，λ=64盯/R踏e三质、动能捆修正父系数勉、动危量修乞正系腿数圆章管呀层师流像的母动镇能槐修首正摇系努数圆序管圣层较流密的信动滑量跑修秆正闲系腰数可徒见拐，流层租流工过恐流农断餐面埋上傅流旬速挨分物布陪不绍均创匀岭，术故α和β值链较通大永。在应达用能这量方型程和章动量棒方程获时，凶若假鲁设它林们等架于1，误忙差很岂大。§4-4馒圆旨管坦中重的蝇层池流和运亚动§4-4圆偷管中鹿的层倚流运价动§4-5猴紊密流述运创动一掩、紊流宜的形亿成过珠程紊流崇的特疑点：流窑体汗内四部橡充乓满沙了艳大烦小腔不择等喷的暖涡陆体奶，寇处屈处废相雾互坡混串掺歌、艇振帅荡界、阿组厚合颜、字分觉解。层流转眨化为梁紊阿流凯的条陕件：唐有闪涡棵体贝形融成泰，革并豪且遣涡准体孤脱漠离微原低来词的岂流蕉层留，结与抗周吵围鸣流版层董的察液引体签混专掺梨。涡体术形成裤的原担因：器一是励流体陈的粘颈滞性惑，二悼是外其界干侄扰。一全、紊流锯的形痕成过乌程当有效外界朝干扰哑或上设游来进流冲羽击扰宣动时棚，该协流层央就会腾出现磨局部互波动暴（a透），闪波动并的结酱果使到流线额发生贪弯曲炸。当畜流胆线奴上驱凸鸟到代上出层傍流羊层谁时置其或向言上累压忙力神与播上栗层隶流淹层够向蒜右毕的扑切支应购力匀合孔成痕，织其两合船力捏方伤向途指述向尿右咏上宝方陵；仆下蛙凹膜处热向桐下奶的庸压态力肆与汁下磨层补向它左艰的够切棚应秆力乏合闷成痒，什其火合叨力惧方经向休指塔向纠左叼下嫂方困（栗b色）婆。随着刃波动扫的加蒸剧，蜂倾斜途越来园越厉乞害，哥当上永凸与股下凹胖重叠跌时，册就形像成了阅涡体能（图否4-剧7c系）涡体磨形成透后，饼上侧嗓旋转敢的方沾向与怠流速帅方向跃一致细，二细者的座叠加旱，使v更大枪，上异侧的p必然柿减小增；而鲜下侧鲁旋转辱的方追向与鸣流速偶相反碎叠加供的结残果使经流速米减小免，造巨成下肯侧压岛强变子大。涡蜘体颗在p上凉侧<p下侧的搅环讯境问中哑，百具荡有否向逗上非移识动出的幼趋攀势联。涡体硬是否钩向上材运动墙还取宵决于赛两个闲条件仪：自下旱而上抢的升胶力（寇向上多的压所力）仆，取魂决戏于时液位体傻的要粘赞滞梨性顿产捕生芒的居阻鸽力浙。当升刑力大网于阻查力时乞，涡耕体穿紧越流脚层形粘成紊破流，否豪则菜，助涡形体睛随棍波怨逐躲流捆，鸽只君是殊在元所灰占犯流情层峰上凭一炊边踪蝶旋迅转茄，伴一孟边邀平误移走。一、紊雨流氏的闸形孩成阵过并程二、紊流烤运动愉要素佛的脉沙动及早时均眠化紊流回运动艰的基碰本特领征：流体泛质点旺具有盈不断设的互小相混球掺，航使流蒙体各叼点的业流速轿、压误强等党运动夕要素领在时敲间上犁和空尊间上誉都具劣有随扩机性茧质的日脉动肉性。由于亦脉动益，动软能修距正系纲数和论动量随修正沿系数笼紊流仇时近唐似为霸1。四烦种顺速辩度展概停念脑：三时、紊流页切应批力、碍普朗捞特混裂合长毕度理咱论（些一处）紊璃流隐切净应舰力，由两先部分柄组成舅：相邻忘流层烂间的惠相对先运动巾产生橡的粘桨性切丹应力由于首紊流扫中质虑点存萍在脉斧动，勉相邻涝流层聚之间净存在帖质量轨的交边换，素而质峰量交袍换带疮来了沾动量惑交换型，从洽而在份流层述分界锐面上片产生茎了紊熄流附状加切怖应力紊馅流丽切锻应亚力假设：流体瓣质点亩在横特向脉限动流烂速作已用下咱，运统动到终相距吧为l头′空间顶点上才，才户同周暂围质鞠点发挑生动惩量交嘱换，l读′称为攻混合边长度费。令（滤二匙）普朗谋特混阳合长姜度理屡论普兰让特半牌经验最公式假宅定l正比轮于质产点到展管壁与的径征向距碍离y，即l=κy，可推炸导呼所翁得切的僻在田紊撕流粮流膜速旦分箩布效规扒律式姻中κ为可叼由实悉验确耗定的肌常数狐，通誉常称娃为卡牌门常忠数。四舟、紊流杀中的圆粘性兽底层粘角性既底或层疗：δl紊流苦区：包思括绣过尊渡四层妨和晒紊寨流节流征核雨区冷。五、流道如壁面户的类盟型水堵力僵光拴滑钉壁么面δl>Δ水批力拨粗兔糙简壁懂面δl<Δ过套渡候粗宁糙鞠壁农面六、圆害管朋紊窄流消流欲速港分低布粘例性肿底迎层叫：停直缘瑞线止分加布紊流床流核周过流老断面海：对谅数曲枯线分躲布1）水絮力祥光意滑愧管俱的络流垫速砍分撇布2）水收力旧粗损糙挎管夜的驾流港速宅分句布或七、紊流箱的沿警程水炭头损辱失计算湖水头困损失毒的通震式对并于亦层叮流芹，λ=标f（Re）=允64催/R林e对佣于盾紊总流拳，λ谋=翅f（R杆e赚,而△皮/溜d）对强于若实杨际意工痕程附问执题解，尝可域变广换瞧为草如佩下蜜形贝式谢宇才澡公描式§4-6慨沿去程幅阻撒力艺系海数λ的疮变炉化测规排律一、尼猫古默拉拼兹课实变验根据银量纲倘分析λ她=段f（R异e贸,暖△佛/俱d呢)以骄l撇g页R炒e饺为脚横搞坐穴标暑，竭l暖g货(孕1案0恨0谊λ稳）呈为漫纵盐坐烦标拨，惊以幅(禁△朵/蛙d狼)枪为丝式参柜数心，穗得尚出浆实鸭验断曲蒙线。一、尼古侨拉兹理实验第Ⅰ区：爱层俘流亮，Re＜2巩3吼0引0，λ=清f（Re）=恒6克4纤/剑R能e。第Ⅱ区：杆层根流凯与尖紊右流苹之寒间梅的换过据渡烈区眠，23摆00＜Re＜4壮0开0算0。第Ⅲ区:水力擦光滑虚区，R小e覆>阁4锅0乖0尺0。第Ⅳ区:水忙力剂光麻滑析与转水砌力暗粗凯糙辟的常过绿渡威区第Ⅴ区:水归力胀粗骆糙吹区光面滑吨管娘区紊汤流删粗坟糙皱管对区二可、实朗际肺管柔道从（肯工碧业疫管瓜道必）裹的撕实想验呆曲贼线在λ相可同饼的鹿情数况瓣下婚，倍可盈把非实激际瞒管繁道服（年工经业倚管省道素）肌的速粗奖糙胡折瓦算裳成陵人棚工竞粗僵糙莲，舌即娇当申量探粗箩糙著度埋。工业卵管道λ的计铃算方边法与火人工著管道亩的计驾算方蚁法一谎样。二则、实际吃管道军（工便业管汗道）类的实队验曲求线柯列支勃洛锻克根秘据大路量工退业管股道试片验资鼠料，窗提出时工业劈燕管道徐过渡构区λ值峡的芦计姑算笑公俩式帅，称尽为惰紊缓流λ的综学合公声式。二汇、实热际葬管剪道胸（赖工夺业曲管豆道堪）暑的浩实慨验苹曲虚线三、沿醒程到阻跪力赶系永数λ的计宫算公握式紊流姨光滑邪区：尼古震拉兹津公式矮：布巴拉逮休抬斯商公各式扬：阻力速平方载区：希全弗拾林筒松雁公昼式过丝式渡省粗宇糙周区：录很财复及杂告。柯旁列妥布抗鲁淋克篇公谣式雕：三萄、沿程黄阻力饶系数λ的尾计准算榴公屋式舍维载列夫码公式：三、沿程煌阻力兽系数λ的浇计怒算挠公间式谢摘才穴公屡式谢炼才条系汇数躁用抹曼袍宁趁和造巴恶氏贿公咐式工确益定味。曼宁羽公式满：巴氏爆公式末：四杯、非纯圆绩管量的低沿防程汤损耀失嘉计溪算把R相赏等耀的据圆悔管d定阻义蔑为故非亲圆证管买的柜当丹量容直吹径de，圆钞管拦：d=4R非立圆哈管遍：de签=疮4R用de代世替d，柔仍伯可场用劝达炼西酸公余式奏计庭算蚕非挑圆怎管袋的桐沿汽程捎水构头深损墙失注党：应劫用de计算折非圆缩慧管的hf是阔近堵似擦的捧方执法蛛，勉并明不渴适头用不于渣所蔽有姓情挨况如，窃（型1双）红实其验猜表年明春，顾形具状菌同挂圆损管每差吵异烧很较大权的锦非爽圆村管希，尊如签长蚀缝宴形衣（b/描a＞8炒）、改狭环枯形（d2＜业3d1）润应组用de计绞算廉存贱在易较税大科误拥差誓。（2放）由它于层砖流v分漆布蚁不蚕同桨于饱紊姨流帐，鸟流卫动移阻麻力卫不兆像欲紊柱流斩那瞎样灯集宝中昏在墓管叼壁锻附逗近丑，赞单僻纯蓝用盟湿采周北作饮为代影绞响弦能爹量澡损酱失朝的谢主摸要贩外策部谈条茫件迷是霸不羞充降分颈的攻。躲因妄此暮，章在摆层除流膨中挨应宜用de计桐算邀，慨将偿会弓造票成哪较悲大格误澡差葡。§4-7趴边界奶层理苦论简埋介一爽、边肿界竞层伶的堡基淋本错概肃念当屡实胞际梳流贵体便在R搁e很大璃的情投况下惯以均成匀流购速u0平行万流过格静止泊平板储，经卧过平注板表默面前搏缘时危，紧桌靠物思体表斜面的鸣一层滩流体赞由于荣粘性许作用塌被贴概附在模固体兽壁面堂上，u=贞0。稍组靠外汁的一记层流鞠体受逐到这亲一层让流体冠的阻狂滞，u也大办大降畜低，阵这种良粘性协作用锡逐层槐向外激影响夺，使象沿着赞平板华法线咸方向此上u分置布健不隐均难匀披，号以妄致靠在紧平写板真附水近主具馆有药较泰大狼的u梯酸度黎。边废界黄层：贴猴近堂平坊板其边栏界泥存亭在括较厅大尿切脾应由力羡、讯粘服性骨影糕响颈不吃能乖忽魂略矛的携这才一膝薄许层鲜流理体以。一、边太界吃层嫌的煎基茧本俩概浸念从躬平埋板每沿判外织法腊线舌到革流盯速ux=0舱.9沙9u0处幸的眨距樱离炎，睛是包边仅界郊层均的翻厚救度灰。边城界估层代的弱厚锣度δ:边界绕层的橡厚度参沿程库增大典，即δ是x的函宪数，朝可写矩为δ(x)框。一敢、边卸界令层谋的租基瞧本老概迁念边饲界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