水力学讲义液流形态及水头损失学习教案.pptx

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1、会计学1水力学讲义水力学讲义(jingy)液流形态及水头损失液流形态及水头损失第一页，共26页。1122LOOZ1Z2列流动(lidng)方向的平衡方程式：FP1=Ap100G=gALFP2=Ap2湿周整理(zhngl)得：改写(gixi)为：水力半径过水断面面积与湿周之比，即A/量纲分析圆管中沿程阻力系数返回3.2 均匀流沿程水头损失与切应力的关系均匀流沿程水头损失与切应力的关系-均匀流基本方程均匀流基本方程第2页/共26页第二页，共26页。可得到均匀流沿程水头损失与切应力的关系式，即均匀流基本可得到均匀流沿程水头损失与切应力的关系式，即均匀流基本(jbn)(jbn)方程式：方程式：上面的分

2、析，适用于任何大小的流束。上面的分析，适用于任何大小的流束。水水水水力力力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji ngngy)y)第3页/共26页第三页，共26页。3.3 液体液体(yt)运动的两种型态、运动的两种型态、圆管层流圆管层流一、雷诺试验一、雷诺试验当流速较小时，各流层质点互当流速较小时，各流层质点互不混杂，这种型不混杂，这种型态的流动叫层流。当流速较大态的流动叫层流。当流速较大时，各流层质点时，各流层质点形成涡体互相混掺，这种型态形成涡体互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。的流动叫做紊流。水水水水力力力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji n ngygy)第4页/共26页第四页，共

3、26页。水水水水力力力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji ngngy)y)第5页/共26页第五页，共26页。水水水水力力力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji n ngygy)层流：液体质点作有条不紊(yu tio b wn)的线状运动，水流各层或各微小流束上的质点彼此互不混掺。第6页/共26页第六页，共26页。水水水水力力力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji n ngygy)第7页/共26页第七页，共26页。水水水水力力力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji ngngy)y)紊流：液体质点在沿管轴方向运动(yndng)过程中互相混掺。第8页/共26页第八页，共26页。水水水水力力

4、力力学学学学讲讲讲讲义义义义(ji(ji ngngy)y)第9页/共26页第九页，共26页。层流层流(cn li)与紊流的判别与紊流的判别（下）临界（下）临界(ln ji)雷雷诺数诺数雷诺数雷诺数或或若若ReRek，水流为紊流，水流为紊流，返回前进第10页/共26页第十页，共26页。紊流形成紊流形成(xngchng)过程的分析过程的分析返回选定流层流速分布曲线干扰FFFFFFFFFFFF升力涡 体紊流形成(xngchng)条件涡体的产生(chnshng)雷诺数达到一定的数值第11页/共26页第十一页，共26页。圆管中的层流运动及其沿程水头损失圆管中的层流运动及其沿程水头损失(snsh)的计算的

5、计算质点运动质点运动(yndng)特特征（图示）：征（图示）：液体质点是分层有条不紊液体质点是分层有条不紊(yu tio b wn)、互不混杂地、互不混杂地运动着运动着切应力：切应力：流速分布流速分布（推演推演）：断面平均流速：断面平均流速：沿程水头损失：沿程水头损失：沿程阻力系数：沿程阻力系数：第12页/共26页第十二页，共26页。沿程阻力沿程阻力(zl)系数的变系数的变化规律化规律尼古拉兹实验尼古拉兹实验(shyn)或Lg（100）lgRe层流时,水力光滑壁面,称为紊流光滑区水力粗糙壁面,称为紊流粗糙区过渡粗糙壁面,称为率流过渡粗糙区第13页/共26页第十三页，共26页。光滑区和粗糙区的

6、值常用工业(gngy)管道的当量粗糙可查课本表4-1。的计算公式：在紊流光滑区：或写成粗糙区或写成式（4-30）和式（4-32）都是半经验公式，还有两个应用广泛的经验公式，光滑区的布拉休斯公式：第14页/共26页第十四页，共26页。上式适用于Re105的情况。还有粗糙区的希弗林松公式：紊流过渡区和柯列勃洛克公式柯列勃洛克根据大量(dling)的工业管道试验资料，整理出工业管道过渡区曲线，并提出该曲线的方程：K为工业管道的当量粗糙粒高度，可查4-1。该式为尼古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的机械组合。为简化计算，莫迪以柯氏公式为基础绘制出反映Re、K/d和 对应关系的莫迪图，在该图上可根据Re和K/

7、d直接查出 。此外，还有一些人为简化计算，在柯氏公式的基础上提出了一些简化公式。如第15页/共26页第十五页，共26页。（1）莫迪公式此为柯氏公式的近似,当时和柯氏公式比较误差不超过(chogu)5%。（2）阿里特苏里公式适用于紊流三个区的综合公式。第16页/共26页第十六页，共26页。例在管径d=100mm，管长l=300m的圆管中，流动着t=10的水，其雷诺数Re=80000，试分别求下列三种情况下的水头损失。（1）管内壁为K=0.15mm的均匀砂粒的人工粗糙管；（2）光滑铜管（即流动处于(chy)紊流光滑区）；（3）工业管道，其当量粗糙粒高度K=0.15mm。解（1）K=0.15mm的人

8、工粗糙管的水头损失根据Re=80000和K/d=0.15mm/100mm=0.0015，查图4-11得 =0.02。t=10 时，=1.310-6m2/s，由Re计算公式得V=1.04m/s，水头损失：（2）光滑黄铜管的沿程水头损失第17页/共26页第十七页，共26页。在Re105时可用布拉修斯公式(gngsh):由图4-11和莫迪图可得出一致的结果.(3)K=0.15mm工业管道的水头损失根据Re=80000，K/d=0.15mm/100mm=0.0015，由莫迪图得 0.024。第18页/共26页第十八页，共26页。非圆管的沿程损失一般用到当量直径计算。水力半径为过流断面面积A和湿周 之比

9、。所谓湿周，即过流断面上流体和固体壁面接触的周界。圆管的水力半径为d/4，边长为a和b的矩形断面水力半径为ab/2（a+b），边长为a的正方形断面水力半径为a/4，令非圆管水力半径和圆管的水力半径d/4相等，即得当量直径的计算公式：de=4R有了当量直径，只要以de代替d就可以计算非圆管水头损失。必须指出，应用当量直径计算非圆管的能量损失，并不能适用于所有(suyu)情况。第19页/共26页第十九页，共26页。计算沿程水头损失计算沿程水头损失(snsh)的经验公式的经验公式谢才谢才公式公式断断面面平平均均流流速速谢谢才才系系数数水水力力半半径径水水力力坡坡度度1.谢齐系数有量纲谢齐系数有量纲(

10、lin n)，量纲，量纲(lin n)为为L1/2T-1，单位为，单位为m1/2/s。2.谢齐公式可适用于不同谢齐公式可适用于不同(b tn)流态和流流态和流区，既可适用于明渠水流也可应用于管流。区，既可适用于明渠水流也可应用于管流。3.常用计算谢齐系数的经验公式：常用计算谢齐系数的经验公式：曼宁公式曼宁公式巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式这两个公式均依据阻力平方区紊流的实测资料求得，故只能这两个公式均依据阻力平方区紊流的实测资料求得，故只能适用适用于阻力平方区的紊流于阻力平方区的紊流。或或n为粗糙系数，简为粗糙系数，简称糙率。水力半径称糙率。水力半径单位均采用米。单位均采用米。例题例题第20

11、页/共26页第二十页，共26页。例题：有一混凝土护面的梯形(txng)渠道，底宽10m，水深3m，两岸边坡为1：1，粗糙系数为0.017，流量为39m3/s，水流属于阻力平方区的紊流，求每公里渠道上的沿程水头损失。bh1：11：1解：B水面宽过水断面面积湿周水力半径谢才系数沿程水头损失断面平均流速返回第21页/共26页第二十一页，共26页。d1d2V1V2221133L局部局部(jb)水水头损失头损失Z1Z2OOGx对对1-1、2-2断面断面(dun min)列能量方列能量方程式程式列列X方向方向(fngxing)的动量方程的动量方程式式化简整理得：化简整理得：所以有所以有第22页/共26页第

12、二十二页，共26页。局部水头局部水头(shutu)损失的通用损失的通用计算公式：计算公式：局部阻力系数应用(yngyng)举例第23页/共26页第二十三页，共26页。例题：水从水箱流入一管径不同的管道，管道连接(linji)情况如图所示，已知：（以上值均采用(ciyng)发生局部水头损失后的流速）当管道输水流量为25l/s时，求所需要(xyo)的水头H。l1l2V00d2d1H分析：用能量方程式，三选定，列能量方程：112200前进第24页/共26页第二十四页，共26页。l1l2V00d2d1H112200解：代入数据(shj)，解得：故所需水头为2.011m。返回第25页/共26页第二十五页，共26页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第26页/共26页第二十六页，共26页。