4黏性流体运动规律

l c2 • 层流的沿程损失：h f d 2g
• 沿程阻力系数： • 非有压圆管：
64 Re
l c2 hf de 2 g
A • 当量直径： d e 4 4 Rh （湿周、水力半径）
4-3 圆管内的紊流流动规律0
一．脉动与时均化 脉动——运动参数随时间波动。 时均速度——流场中指定点瞬时速度在某时段内的平均值。 时均压力…… 二．水力光滑管、水力粗糙管、层流底层 层流底层——紊流时固体边界壁面上极薄的一层层流厚度δ。 过渡区——层流底层到紊流区之间的区域，过渡区也很薄。 绝对粗糙度——管壁起伏高度的平均值ε。 相对粗糙度——绝对粗糙度与管径之比。 水力光滑管——δ 层流将管道的粗糙度淹没，损失较小。 ε 水力粗糙管——δ<ε 管道的粗糙度暴露在紊流区，损失大。 三．过流断面上的速度分布 如图4-10（P116）——紊流断面速度分布 （沿径向近似对数 曲线）
4-7 水击
• 四．防止和消除水击的方法 • 1．延长阀门启闭时间，避免直接水击。 • 2．加大管径，降低正常运行中的流速。 • 3．阀门前加装卸压设备。如调压塔、 溢流阀。 • 4．阀门前安装蓄压器、贮气罐；低压 管道接一段橡胶管等。（吸收水击能量， 加大管系弹性，降低扰动波传递速度。）
• 水击压力
2g d 2g
所以： l d e

4-5 局部阻力
• 例题4-（6、）P122计算水泵吸入管道损失， 已知水泵进口允许最大真空，求最大安装 高度。
4-6 管道水力计算0
• 更正：短管水力计算中P127 细管、阀门阻力计算 错误——画图错误。 • 长管、短管水力计算…………略（可自由选学。 例题4-7、8、）——阻力、流量计算可自行推导。 • 一．串联管道——图示 • ……各管段损失叠加 •
第四章 粘性流体的运动规律
• • • • • • • • 4-1 流体的两种流态 层流和紊流 4-2 圆管内层流流动规律 ； 4-3 圆管内紊流流动规律 4-4 沿程阻力损失计算 ； 4-5 局部阻力损失计算 4-6 管道水力计算 ； 4-7 水击 小结-流体力学 ；
复习
• 连续性方程 • 伯努利方程 • 动量方程
4-1 两种流态
• 三．雷诺数的物理意义 粘性力—— ν主导：层流 惯性力—— cd主导：紊流 • 例题4-1、4-2、 P111：求流态。若保持 层流求管径。 • 四．流态与沿程损失的关系 层流：与流速的一次方成正比； 紊流：与流速的1.75到2次方成正比。
4-2 圆管内层流流动规律0
• 过流断面上 速度分布： 层流时圆管横截面上的流速呈 旋转抛物面。 切应力分布：层流时沿半径方向呈直线分 布，中心切应力为零，管内壁切应力最大。 • 层流的沿程损失计算
h 0
——液体密度； c——液体流速； a0 ——液体中的音速（扰动波理想传播速度）。 a——扰动波实际传播速度。 • 实际水击压力： p c a
h
4-7 水击
• 二．水击传播过程 • 1．压缩——突然遇阻惯性压缩 • 2．卸压——高压回传反弹降压 • 3．膨胀——惯性反弹继续降压 • 4．恢复——负压回流恢复压力
ph c a
4-7 小结
T • 直接水击—— T 。前半周期门前压力达到极 2
限值。 T • 间接水击—— T 2 。前半周期门前压力不会达 到极限值。 • 防止和消除水击的方法：延长 T ，加大管径，装 卸压设备，加大弹性、吸收振动能、降低a。 • 关门时间—— T • 氺击周期
1 c1 A1 2 c2 A2
c12
2 p1 c2 p2 z1 z 2 hw 2g g 2g g
F qv (c2 c1 )
• 应用方法： • 面、线、点；坐标（动量方程）；灵活分析。 • 实际流体——损失？
4-1 流体的两种流态 层流和紊流0
• 一．雷诺实验 实验过程…… 层流——流体分层流动，各层流体的质点 互不混杂。 紊流——流体不分层流动，质点沿横截面 方向混杂。 层流与紊流的分界点——临界速度（上、 下临界速度）。 流态与流速、管径、粘性有关。 归纳：——雷诺数
4-1 两种流态
• 二．雷诺数——判断流动状态的准则数 cd 无量纲参数 Re 其中： 上临界雷诺数：13800左右——层流变紊流 下临界雷诺数： 2320左右——紊流变层流 工程实际应用： 可取2000。即……
l c hf d 2g 其中沿程阻力系数
2
64 Re
4-2 圆管内层流
• 例题4-3、P114 直径20mm，流速0.11m/s，水温 15 ℃，管长22m，求沿程损失。 6 • 解：查运动黏度1.139 10 ㎡ /s，密度999kg/ m 3 cd 0.11 * 0.02 Re 1932 2000 层流 •
4-6 管道水力计算
• 四. 减少损失的途径 由 λ

Re
cd

l c2 hf d 2g
c2 hj 2g
1.减小粗糙度 2.减小流速 3.缩短流程 4.加大直径 5.减少流道截面的变化，尤其不要突然变化 等等
4-5、4-6小结
局部阻力损失：
c hj 2g
2
局部阻力系数——
串联
并联
hw hw
q v qv
qv1 qv 2
hw1 hw2
减少损失的途径……
4-5、4-6思考、习题
• 思考题 4-（8、9、10、11、） P137 • 习题 4-（11、21、） P138
4+2 阻力实验
一. 装置原理 二. 水泵的启停 三. 流量调整测量 四. U形管水位调整 五. 数据整理 六. 实验报告

1.139 * 0.000001
64 64 0.0331 Re 1932
l c2 22 0.112 hf 0.0331 * * 0.0225 (mH2 O) 0.22kPa d 2g 0.02 2 g
4-2 圆管内层流
• 非有压圆管：
• 当量直径： （湿周、水力半径）
4-4 沿程阻力损失计算 0
l c2 hf d 2g
•
64 一．层流： Re
• 二．紊流——关键：沿程阻力系数λ • λ与雷诺数、管道相对粗糙度有关。 • 具体关系由实验分区确定：
4-4 沿程阻力——紊流
1．尼古拉兹实验与实验曲线 实验过程略述。实验作图结果（图4-11 P117）： 层流区。 层流变紊流的临界区（极不稳定）。 水力光滑区（实验点在一条线上）。 水力光滑管到粗糙管的过度区。 紊流粗糙区——阻力平方区。
4l T 4t a
4-7 思考、习题
• 思考题 4-（13、） P137
λ
流体力学小结0
流体力学小结
讨论题：求水泵进口 压力。已知直径 100，λ=0.02 ， H=5米，滤网、弯 头局部阻力系数分 别为8、0.5，流量 72吨。
复
局部阻力损失：
习
2
c hj 2g
局部阻力系数——
串联
来自百度文库并联
hw hw
q v qv
qv1 qv 2
hw1 hw2
减少损失的途径……
4-7 水击0
• 一．水击与水击压力 • 水击——液体在有压管道中流动时突然受到强烈扰动 引起管道中的压力反复、急剧变化。（水锤） —— 非定常流。 • 危害——反复高压作用，强烈振动、噪声，甚至使设 备变形、破裂，尤其对比较薄弱的叶轮、密封装置损 坏明显。增加流动损失。 • 理论水击压力： p c a
l c2 hf de 2 g de 4 A

4 Rh
课堂练习：矩形风道、半水圆管湿周、当量直径计 算。（当堂出题）
4-1、4-2小结
• 雷诺数： • 临界雷诺数：
Re cd

……
l c2 • 层流的沿程损失： h f d 2g
• 沿程阻力系数：
64 Re
4-1、4-2思考、习题
4-3、4-4小结
• 水力光滑管、水力粗糙管、层流底层 • 绝对粗糙度、相对粗糙度 2 l c • 沿程损失
hf
d 2g
• 关键：沿程阻力系数λ
4-3、4-4思考、习题
• • • • 思考题 4-（3、4、5、6、） P137 习题 4-（7、） P138 相对粗糙度 0.02/180=0.00011 选做习题4-（9、）
4-4 沿程阻力——紊流
2．莫迪图 实验数据更适用于工业管道。图-12 P119
4-4 沿程阻力——紊流
• 例题4-（4、5、）求沿程损失。 P118 • 注意：有些工程计算需要假设阻力系数， 校核更正后反复计算。 • 例如已知损失求流量时，需要先设阻力系 数，试算出流量，再核实阻力系数，误差 过大时调整后再计算，直至精确。
复习
• 水力光滑管、水力粗糙管、层流底层 • 绝对粗糙度、相对粗糙度 2 • 沿程损失 l c hf d 2g • 关键：沿程阻力系数λ
4-5 局部阻力损失计算0
• 一．局部阻力损失——由于过流断面突然变化在局部区域 造成的能头损失。 断面突然变化：方向、面积大小。 损失原因：撞击、涡流等。 • 二．局部阻力计算 c2 局部阻力损失： h j 2g 局部阻力系数—— 。 表4-（2、3、4、5、6、7、）截面变化局部阻力系数 P122-124 注意规定截面的速度。 练习查表……
4-5 局部阻力
• 三．断面突然扩大局部阻力系数的理论计算近似 值（可略）
c12 A1 2 c12 hj 1 (1 ) 2g A2 2 g
2 2 c2 A2 c2 hj 2 ( 1) 2 2g A1 2g
• 四．当量长度（可略） 某局部阻力损失与其所在的长度为的管道产生的 沿程损失相等时，此长度为该局部阻力损失的当 量长度。 le c 2 c2 即：
hw hw
qv1 qv 2
……
……各管段流量相等
4-6 管道水力计算
• 二．并联管道——图示
q v qv
——各分支管道流量相加
hw1 hw2 …… ——各分支管道损失相等
4-6 管道水力计算
• 三．实例（酌情） • 例题4-9、P129 有阻力的串联管道流量 计算，解法二 P130。（或略） • 例题4-（10、11、）（略） P131、133、 • 习题4-15、P138 求虹吸高度，加数据 • 习题4-22、P138 串联计算，项目多。 • 思考题4-（10、11、）P137
• 水击周期：
4l T 4t a
• 水击同时消耗能量，其压力变化幅度依次迅速衰减。
4-7 水击
• 三．水击类型 • 正水击——水击开始时，压力骤然升高。 • 负水击——水击开始时，压力骤然降低。 T • 直接水击—— T 。前半周期门前压力 2 达到极限值。 T • 间接水击—— T 。前半周期门前压力 2 不会达到极限值。 • T ——关门时间。
• 思考题4-（1、2、） P136 • 习题 4-（1、 5、） P137
4+1 伯努利实验、雷诺实验
• 一 伯努利实验 装置原理 测点：总能头、测压管能头 装置调整 • 二 雷诺实验 层流、紊流、雷诺数、临界雷诺数 装置使用方法 • 三 实验报告
复习
• 雷诺数：
Re cd

临界雷诺数……