其沿程水头损失是否相等

1第三节恒定均匀流沿程水头损失与切应力的关系均匀流2非均匀流均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可忽略不计，非均匀急变流时两种水头损失都有。3在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析，作用在该总流段上有下列各力。一、动水压力1-1断面2-2断面11PAp22PAp4二、重力——重力:三、摩擦阻力因为均匀流没有加速度，所以即AlG0Tl0TsinPP21G0sin021laAlApAplzza21sin02211)()(wlpzpz5因断面1-1及2-2的流速水头相等，则能量方程为有上式就是均匀流沿程水头损失与切应力的关系式。RJ0fhgpzgpz)()(2211gRlgwlhf00Jlhf（二）圆管层流的切应力τux00rr（三）均匀层流中的切应力存在规律hh-y高速流层低速流层00''')1()()(hyJyhhJRJyhbyhbARhARb一达西公式2gvdlh)d4F(Re,4lhJ2vJ2ff2R第四节沿程水头损失尼库拉兹沿程阻力系数与雷诺数关系图尼库拉兹为探讨紊流沿程阻力的计算公式，用不同粒径的人工砂粘贴在不同直径的管道的内壁上，用不同的流速进行一系列试验。二尼古拉兹试验尼古拉兹实验曲线尼库拉兹试验结果表明：一）、当Re＜2300时，λ与Re的关系为直线Ⅰ，与相对光滑度无关。二）、当2300＜Re＜4000时，过渡区，时而紊流，时而层流。11三）、当Re＞4000时，λ决定于与的关系：1．当Re较小时，较厚，可以淹没，管壁就是水力光滑管。λ＝f(Re)，而与无关。图中直线Ⅱ。2．在直线Ⅱ与直线Ⅲ之间的区域为光滑管过渡到粗糙管的过渡区。3．直线Ⅲ以右的区域，λ与有关，而与Re无关，属粗糙管区。rRe)(、rf001.圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数：（a）与雷诺数有关；（b）与管壁相对粗糙有关；（c）与及有关；（d）与和管长有关。2.圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数，在紊流过渡区随雷诺数的增加：（a）增加；（b）减小；（c）不变；（d）不定。eRd/eRd/leR思考三工业管道实验四沿程阻力系数的计算公式1)层流的流速分布及其沿程阻力系数Re64152）圆管层流圆管中层流运动圆筒层表面的切应力可按牛顿内摩擦定律来计算：圆筒层表面切应力:当r=r0时，得流速分布公式drdux2rJJRCrJux24204rJC)(4220rrJux高速流层低速流层max2h02h02max22323dy)2(h1udyh1v2,hy)2(0c0,0)2()()(uhJyhyJhJuuyhyJuuycyhyJudyyhJduJyhdydu得3）宽浅式明渠（槽）若有两根管道水流做层流运动，其直径d，长度l，绝对粗糙度均相等，其中一根输油，一根输水，问：当两管中的流速相等时，其沿程水头损失是否相等？当两管中的雷诺数相等时，沿程水头损失是否相等？18（2）紊流中的流速分布及其沿程阻力系数紊流中紧靠固体边界附近地方，脉动流速很小，由脉动流速产生的附加切应力也很小，而流速梯度却很大，所以粘滞切应力起主导作用，其流态基本属层流。1）粘性底层19yudydu020v6.11,*0NvN208vyrJrrrJrrrrJrrJux000002202)(2))((4)(4vu8*Re8.32dlvdRe2）紊流流核区紊流区过渡区粘性底层管轴yx注意：光滑面或粗糙面不完全取决于边界面本身的光滑或粗糙，而是依据粘性底层厚度与绝对粗糙度两者的大小的对比来确定的。紊流核区中同一固体边界面的光滑、粗糙与流速没关系？2.022.0~75.12e75.12e12v2),d(f6.4v2),d,R(f64.0.3v2),R(f5.2.2v2,Re64.1gdlhgdlhgdlhgdlhflfllflf）紊流水力粗糙区（）紊流过渡区（）紊流水力光滑区（层流区233）紊流的流速分布紊流中由于液体质点相互混掺，互相碰撞，因而产生了液体内部各质点间的动量传递，造成断面流速分布的均匀化。cykuukyukydydudyduykdydulln1)()(**022222024尼库拉兹管道流速分布公式：(1)光滑管(2)粗糙管)Re51.27.3lg(217.3lg2175.4lg75.510ddrvv通用公式适用于工业管道紊流的Re51.2lg28.0)lg(Re2175.1lg75.510rvvv25目前管道中常用的紊流流速分布的表达式：1.流速的分布的指数公式当Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。当Re105,n=1/8,1/9，1/10据具体情况而定。2.流速的分布的对数公式nmxryuu)(0Cyuuxlg75.526目前管道中常用的紊流流速分布的表达式：1.流速的分布的指数公式当Re105,n=1/7,流速分布的七分之一次方定律。当Re105,n=1/8,1/9，1/10据具体情况而定。2.流速的分布的对数公式nmxryuu)(0Cykuuxln2721326122ffJRn1vRn1ClRCvhlhJ（二）谢才系数的确定（一）谢才公式RJC4.经验公式28两个常用的计算谢才系数的公式：一、满宁（Manning,1890）公式二、巴甫洛夫斯基式中n为粗糙系数，也称糙率，是表征边界表面影响水流阻力的各种因素的一个综合系数。611RnCyRnC1nyRnyRnRny3.1,0.15.1,0.1)10.0(75.013.05.204.0n011.00.3R1.0且适用范围：看例4-1例题：已知某钢管直径d=0.2m，长度l=100m，壁面状况一般，管内水温为5℃，流量Q=2.4×10-2m3/s,计算沿程水头损失。例题2一钢筋混凝土衬砌隧洞，直径d=6m,长l=1km,通过的流量Q=400m3/s。水温按15℃计，求水头损失hf（流动为紊流粗糙区）。31第六节局部水头损失突然扩大突然缩小闸阀三通汇流管道弯头管道进口分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变→流动分离形成剪切层→剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡→平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散。whgpzgPZ222222221111)22()()(2222112121ggppzzhj33)()()(11222121212211vvQzzAAApApApgvvvppzz211222121)(gvvgvvvhj2)(2222112112234gvvgvvvhj2)(22221121122gvvhj2)(2211221AvAvgvgvAAhj22)1(221212局部水头损失计算特别注意：管道平均流速，一般取用局部阻力后的管道平均流速。当管道出口在水下出流时，可采用管道出口前的管内平均流速。例题：水从一水箱经两段水管流入另一水箱如图。水箱尺寸很大，箱内水位恒定，计沿程及局部水头损失，试求通过管路的流量。,3,025.0m50l,250,5,03.0,30,15022221111mHmmdmHmlmmd，例题：水从水箱流入一直径不同的管道，管道连接情况如图所示，已知.Hs/25lQ3210.2,15.05.0;039.0,10,125;037.0,25,150321122111所需要的水头）要保持流量（；）局部水头损失（；）沿程水头损失（试求：阀门，逐渐收缩口局部水头损失系数：进jfhhmlmmdmlmmd习题4-15三、总水头线和测压管水头线的绘制（一）根据各管段的流量，计算相应的流速、沿程水头损失和局部水头损失；（二）自管道的进口到出口，算出每一管段两端的总水头值，并绘出总水头线。（三）总水头线减去相应流速水头，即可得测压管水头，并绘制测压管水头线。水头线绘制方法水头线绘制方法1.绘制局部水头损失时，假设局部水头损失集中发生在局部边界突变的断面上，这该断面有局部水头损失和沿程水头损失；2.在等直径管段中，测压管水头线与总水头线平行；3.测压管水头线可以上升可以下降，但总水头线只能下降。（二）绘制水头线应注意的问题通过有压管道恒定流动的水力计算，容易确定沿程压强的分布，得到测压管水头线。测压管水头线低于管轴线，为负压。工程中有时需要避免压力的低值，为此找出管道中的压力最低点，检验其是否满足要求。如压力过低，可采取调整管道位置高程、降低流速等措施解决。本章学习重点：1.了解液体运动两种流态的特点，掌握流态的判别方法和雷诺数Re的物理意义。2.掌握沿程水头损失系数λ在层流和紊流三个流区内的变化规律。3.会应用达西公式计算沿程水头损失。4.掌握谢才公式及曼宁公式，并会确定糙率n。5.掌握局部水头损失计算。