第5章 流动阻力与水头损失 流体力学

1、第5章，流动阻力和水头损失，第5章，流动阻力和水头损失。本章着重于掌握粘性流体的流动类型(层流、湍流)及其判别。沿途局部水头损失的计算。5.1概述。第一章分析从力学的角度，本章研究流动阻力。流动阻力的原因：从粘性惯性和外部干扰引起的能量的角度，本章研究能量损失(水头损失)。5.1概述二。研究内容内部流动(如管道流动、明渠流动等。):研究计算(本章的重点)；外流(如绕流):研究镉的计算。3.两种形式的水头损失hf:沿道路的水头损失(由摩擦引起)；Hm:局部水头损失(由局部干扰引起)。1.雷诺实验简介1883年，英国物理学家雷诺兹根据图中所示的实验装置对粘性流体进行了实验，并提出流体运动有两种类型

2、：层流和湍流。奥斯本雷诺兹(1842-1916)，5.2粘性流体流动模式，5.2粘性流体流动模式，2。雷诺兹观察了这一现象，并测量和绘制了如下关系曲线：层流、湍流、5.2粘性流体流型、2 2。标准：圆管：取，非圆管：定义水力半径为特征长度。与圆管相比，有5.2种粘性流体流动类型，因此，以例1为例，5.3恒定均匀流基本方程，1恒定均匀流基本方程。(1)，5.3稳定均匀流的基本方程，2。在S方向得到的柱动量方程：其中：(2)，5.3稳定均匀流的基本方程，3。联立方程(1)和(2)可以得到稳定均匀流的基本方程。以上公式适用于层流，层流和层流，(3)，5.3恒定均匀流的基本方程，2。流动横截面上的剪应

3、力分布。模拟上述推导，可以得到任意R处的剪应力，考虑，具有，(线性分布)，5.3恒定均匀流的基本方程，3。沿程水头损失hf的一般公式，来自均匀流的基本方程，因为，根据定理：因此，5.3恒定均匀流的基本方程，并且考虑到，这里是沿程阻力系数，一般由实验确定。沿程水头损失的一般公式可由达西公式代替：5.4管道层流。流动横截面上的速度分布，根据，5.4管道中的层流、积分、得到：旋转抛物面分布，5.4管道中的层流、最大速度、流速。3.沿程水头损失，从和，我们可以得到圆管中的层流，并与hf的一般公式比较，我们可以得到圆管为层流时沿程阻力系数。动能和动量修正系数，5.5圆管湍流，1。湍流特征，主要特征：严格

4、地说，湍流总是不稳定的。时间平均紊流：恒定紊流和不稳定紊流的含义。湍流的脉动性使截面上的速度分布比层流更均匀，但能量损失比层流大。5.5圆管中的紊流运动，2。紊流剪切应力包括两部分：1和紊流附加剪切应力2，即式中，这里称为混合长度，可通过经验公式计算。5.5圆管中的紊流运动。粘性底层、水力光滑度和水力粗糙度的含义。粘性底层通常只有十分之几毫米，但它对流动阻力有很大影响。5.5圆管中的紊流运动，4。横截面上的速度分布，粘性底部区域，其中：剪切速度，紊流核心区域，5.5圆管中的紊流运动、5。阻力系数沿程变化规律及其影响因素。尼可拉兹实验简介，约翰尼可拉兹，5.5圆管中的紊流。层流区(一):2。实验

5、结果，层流和紊流过渡区():紊流粗糙区():紊流平滑区():5.5圆管中紊流运动的计算公式，6，层流区():空白1。局部水头损失的原因，涡流区的存在是局部水头损失的主要原因。局部水头损失与沿程水头损失一样，也与流态有关，但目前仅限于紊流研究，基本上是实验研究。5.6局部水头损失、2。圆管突然膨胀的局部水头损失，1。从12建立伯努利方程，我们可以得到，(1)、5.6局部水头损失、2。S方向上的柱动量方程，=f(Re:介绍实验结果，(2)，5.6局部水头损失，实施例2、实施例1、实施例1水流过变截面管道。如果d2/d1=2已知，相应的Re2/Re1=？因此，例2、例2示出了管流，其被称为d、l、h

6、、入口和阀。求：管道容量q，求解由12、例2建立的伯努利方程，根据连续性方程得到流量、普朗特介绍，普朗特(1875-1953)，德国物理学家，现代力学的创始人之一。1875年2月4日生于弗莱明，1953年8月15日死于哥廷根。他在大学学习机械工程，然后在慕尼黑技术大学学习弹性，并于1900年获得博士学位。1901年，我在一家机械厂工作，发现了气流分离的问题。后来，当他还是汉诺威大学的教授时，他用自制的水槽观察了曲面周围的水流。三年后，他提出了边界层理论，并为物体周围的流动建立了一个小的粘性边界层方程，以解决计算摩擦阻力、求解分离区和热交换的问题。它奠定了现代流体力学的基础。普朗特对流体力学的其他贡献包括：风洞实验技术。他认为必须进行模型实验来研究空气动力学。第一个德国风洞建于1906年(见空气动力学实验)，而哥廷根风洞建于1917年。翅膀理论。在实验的基础上，他在1913-1918年提出了升力线和最小诱导阻力理论，然后又提出了升力面理论。湍流理论。提出了层流稳定性和湍流混合长度理论。此外，还有亚音速相似律和绕一个角度膨胀的可压缩流，后来称为普朗特-迈耶流。他在气象学方面也很有创造力。普朗特还对固体力学做出了许多贡献。他的博士论文讨论了狭长矩形梁的横向稳定性。1903年，提出了圆柱体扭转的薄膜类比法。他继承并扩展了圣维南的塑