流体流动状态与能量损失

一、沿程阻力和沿程损失
1.沿程阻力:沿程阻力是流体在过流断面沿程不变的均匀流道中
所
受的流动阻力。也就是发生在缓变流中的流动阻力。
因沿程阻力所造成的能量损失称为沿程损失，
hf
l
d
v2 2g
--------称为达西公式。
2．沿程阻力系数
1) 尼古拉茨实验
2)莫迪实验
二、局部阻力和局部损失
在流体流动过程中，如果流动方向 或过流断面等有所改变，将会发生漩涡、撞 击，由于在漩涡区的内摩擦力做功和质点交 换，在局部造成损失，称为局部损失。其计 算公式为：
2．按能量损失的比例
按管路沿程损失和局部损失在总损失中所占的比例管路分为水 力长管和水力短管。
(1)水力长管：局部损失在总损失中所占的比例小于5%的管路称为 水力长管，简称长管。此时，不再考虑局部损失而将沿程损失近似 看作管路的总损失，即
hw hf
（2）水力短管：局部损失不能忽略的管路称为水力短管，简称短 管。此时
第四章 流体流动状态与能量损失
第一节 流体运动的两种形态 第二节 流体流动中的能量损失 第三节 管路计算 本章小结
第一节 流体运动的两种形态
一、雷诺试验
在过渡状态下，层流可以变为紊流，而紊流不能变为层流。
二、流动状态判别准则—雷诺数
雷诺数 R= evd = vd
Re
vd
Rec R'
ec
层流 紊流
流动状态的准则。一般临界雷诺取2000。 2.流体在做等直径断面、直线段流动时，阻力来自于液体与壁 面的摩擦，称为沿程阻力，由此引起的能量损失称为沿程损失：
3.流体经过过流断面面积突变或总流的方向突变时，所受到的 阻力称为局部阻力，由此引起的能量损失称为局部损失：
4.管路计算 管路按其布置可分为简单管路和复杂管路。 管路按能量损失的比例，管路分为水力长管和水力短管。
hj
v2 2g
三、能量损失的叠加
当一条管路中包含有若干个局部损失时， 管路的总水头损失等于沿程损失与所有管件的 局部损失之和，
hw hf h j
第三节 管路计算
一、管路的分类
1．按管路的布置 按管路的布置分为：简单管路及复杂管路。其中直
径不变而且无分支的管路称为简单管路；否则为复杂管 路。复杂管路是若干简单管路组合。按组合方式不同又 可分为串联管路、并联管路和分支管路 .
三、圆管中的层流与紊流的流速分布
1．圆管中的层流分布
管轴源自文库最大流速为
umax
=
J 4
r02
平均流速为
Q
U S
A udS S
J 8
r02
2.圆管中紊流的流速分布
在紊流状态下，流体质点以无规则的相互混杂的形式流动，所以紊流 实际上是不稳定流，流体质点的流速随时间不断变化。
紊流的流速分布如上图
第二节 流体流动中的能量损失
hw hj hf
常见的短管如矿井排水管路、锅炉送风管路等。
二、简单管路
1．短管的水力计算 Q vs S 2gH0
1)自由出流 Q S 2gH
2)淹没出流
Q vS cS 2gH0
若
v0 0 ，则
H 0 H ，于是
Q cS 2gH
流量系数 c 与自由出流的流量系数
计算公式不同，但数值上是相等的。
淹没出流
2.长管水力计算 长管分为简单管和复杂管
1)简单管的水力计算 H RQ 2
2)复杂管的水力计算
n
H RiQ 2 i 1
本章小结
1.粘性流体具有两种流动状态：层流与紊流。层流状态下，流 体可视为分层流动，流体在层与层之间只有粘性摩擦而无动量交 换；紊流时，流体层与层之间除有粘性摩擦外，还存在着动量交 换，其结果是流体层与层之间产生了附加切应力。雷诺数是判别