水力学第四章流动形态和水头损失.ppt

'第四章流动形态和水头损失§4.1流动阻力和水头损失的分类一、流动阻力●摩擦阻力：由于实际液体的粘滞性造成流动能量的损失。①水流与固体边界粘附，无相对运动，不产生摩擦力②粘附质点与相邻水流存在相对运动，产生内摩擦力●压强阻力：固体边界形状或尺寸急剧改变引起的阻力。①过水断面形状扩大或缩小、流道急转弯等②流道中的障碍物：节流阀（阀门）、桥墩等二、压强阻力的形成●液流内部结构产生离解或漩涡●流线弯曲，流速分布改变内因是粘滞性引起的内摩擦，固定边界改变是外因。 A’B’C’u0实际液体圆柱绕流●滞止离解以圆柱绕流为例：D’ABCu0理想液体u0到A，动能全部转化为压能A到C，压能部分的转化为动能，C点流速为uC，压强为pCC到B，动能转化为压能，pB=pAu0到A’，动能全部转化为压能A’到C’，压能部分的转化为动能，C’点流C’到D’，动能转化为压能，uD’=0；pD’4000直线Ⅱ是一条包络线第二过渡区直线Ⅱ、Ⅲ之间的部分，过渡粗糙水力粗糙区λ与相对光滑度有关，与Re无关，近乎水平线。 实际管道沿程阻力系数●实际管道（自然粗糙）沿程阻力系数当量粗糙度对各种材质的实际管道做完全紊流区（水力粗糙区）的沿程阻力系数试验，实测各参数，然后根据尼古拉兹试验结果，反算出Δ值，此值称为实际管道的“当量粗糙度”。管壁材料玻璃、黄铜、透明塑料、聚乙烯、石棉水泥、铝钢或熟铁、焊接钢管铆接钢板钢，涂漆铸铁铸铁，沥青涂面铸铁，涂漆铸铁，生锈铸铁，积垢白铁皮混凝土，粉平混凝土钢筋混凝土木板，刨光木板，未刨光细砌砖工细砌石工管壁材料0.0015~0.0150.0460.9~90.060.3~1.00.12~1.00.151.0~1.51.5~3.00.151.0~2.00.3~0.80.3~3.00.2~0.91.0~2.51.2~2.51.5~3.0各种管壁材料的当量粗糙度（Δ） 莫迪图●莫迪图根据当量粗糙度，莫迪经过对实际管道的试验研究，绘制了λ—Re图。 经验公式●计算沿程水头损失的经验公式舍齐公式舍齐公式是关于明渠均匀流的计算公式其中：为舍齐系数为明渠底面坡度明渠均匀流时，有：舍齐系数与沿程阻力系数的关系为：计算C的经验公式式中n是衡量明渠边壁形状的不规则性和粗糙影响的一个综合性系数，称为糙率或粗糙系数，其数值可参考经验值确定。②巴甫洛夫斯基公式尽管巴氏公式适用性广，比曼宁公式全面、精确（曼宁公式可以看作巴氏公式的特例），但由于巴氏公式较为复杂，在实际工程计算中仍然广泛使用曼宁公式。①曼宁公式：式中： 沿程水头损失计算（1）沿程水头损失计算（1）[例1]有一输水管直径d=250mm，内壁粘有Δ=0.5mm的砂粒，水温为10℃（即ν=0.013cm2/s）。问流动在水力粗糙区时最低流量为多少？若在水力光滑区最大流量又为多少？解：①计算相对光滑度：②在尼古拉兹试验曲线确定雷诺数水力光滑区最大雷诺数为：水力粗糙区最小雷诺数为：③根据雷诺数计算公式，有：④对应流量： 沿程水头损失计算（2）沿程水头损失计算（2）[例2]水在直径d=600mm，=500m的新铸铁管中作有压流动水温15℃，断面平均流速v=1.7m/s，试求λ值，并求管中水流的沿程水头损失。解：15℃的运动粘滞系数为：∴对于新铸铁管：∴在莫迪图上查找相应的曲线，在横坐标上找到Re值，对应到曲线上，得到：∴ 沿程水头损失计算（3）沿程水头损失计算（3）[例3]温度为20℃的水在d=50㎝的焊接钢管（Δ=0.046m）中流动，已知水力坡度，求管中流量。解：由沿程水头损失计算公式可知，公式中含有两个未知数：和因此，采用试算法：假定，代入计算公式，有：20℃时∴在莫迪图上查得：，与假定不符。根据：再次计算：假定根据上述数据在莫迪图上查得：，与假定值接近。∴ 局部水头损失三、局部水头损失●局部水头损失由于水流边界的形状、大小和方向发生急剧变化所引起的水头损失。●计算公式其中：称为局部阻力系数●局部阻力系数通常由试验确定不同边界条件的局部阻力系数，制成表格，需要时查找相应的值。名称简图局部阻力系数ξ名称简图局部阻力系数ξ断面突然扩大断面突然缩小进口出口圆形渐扩管圆形渐缩管A1A2A1A2A1A2A1A2αA1A2α直角角稍加修圆喇叭形流线形（无分离绕流）切角流入水库流入明渠ακ10°8°12°15°20°25°0.140.160.220.300.420.62α20°10°40°60°80°0.400.250.200.200.300.40κ1100°0.20.10.40.60.80.400.380.340.270.160κ21.0'