第六章 管内流动和水力计算 液体出流.ppt

例 在直径　　　　 ，相对粗糙度 的 工业管道内，运动粘滞系数 ， 的水以　　的速度运动。试求： 管长　　　　的管道内的沿程水头损失 。 解： 1）查莫迪图：流动处于紊流粗糙区 2）用尼古拉兹粗糙区公式 圆管： 当量直径公式 则矩形：　　　　，其矩形当量直径 同样，非圆管道Re和k/d分别为： 例：如图所示的具有并联、串连管路的虹吸管，已知H＝40m， l1＝200m，l2＝100m，l3＝500m，d1＝0.2m，d2＝0.1m，d3＝0.25m， λ1＝λ2＝0.02，λ3＝0.025，求总流量Q。 过流断面面积 湿周长 水力半径 R=　　　　　　　= A x R A B C D A C B 矩形： 此时， 说明： 1.试验表明，在使用当量直径原理计算时，对矩形 三角行 方形 的计算结果和试验结果较接近，在对和圆形差别比较大的形状，计算结果就不可靠。 2.由于层流和紊流的流速分布不同，沿程损失不像紊流那样集中在管壁附近，这样单纯用湿周大小作为影响能量损失的主要外因条件，对层流来说就不充分了。 第八节 局部损失 流体经过阀门、弯管、突扩和突缩等管件 流体经过这些局部件时，由于通流截面、流动方向的急剧变化，引起速度场的迅速改变，增大流体间的摩擦、碰憧以及形成旋涡等原因,从而产生局部损失。 损失均按 计算，关键是如何确定 一、突然扩大 1. 损失机理 速度分布变化附加摩擦 碰撞 漩涡 p 根据连续方程有: p 根据动量方程有 : 2. 求局部损失系数 由伯努利方程 比较得 整理得 p 求 由 得 讨论：若　　　（如管道流入很大的容器（水池）或气体流入大气）　　　　　 （速度头完全损失）。 二、其它局部阻力系数 　1）其它截面变化(如突然缩小,渐扩管) 　2）弯管 　3）管道阀件 　4）三通（如合流，分流，Y型，T型等） 　5) 其它(如过滤网,波纹管) 计算管段的总能量时，应将管段上所有的沿程 损失和局部损失算术求和。 三、减小阻力的措施 二方面 改善固体边界状况 流体中加入添加剂减阻 1、改善固体边界状况 1）增大过流断面几何尺寸　　　　 、d↗→hf↘虽然从减小阻力角度采用大管径，但费用会增加，同时有一些用途（如除尘管道），有一个最小风速的要求。因此，管道直径由技术经济比较来确定。 2）减少管长，管越短越好，尽可能采用直管道。 3）减少局部管件，凡是能够不要的管件尽可能不要。 4）提高管壁光滑度。 5）改变局部管件结构------减少局部损失。 进口：光滑喇叭口 突然扩大、缩小：只要布置可能，避免突扩突缩→可用渐扩、渐缩或台阶形式。 弯管：采用导叶，使局部ζ从1.0→0.3。 2、添加剂　　 流动中加入极少量添加剂，改善结构↘hf、hm两种。高分子聚合物，如聚氧化已烯等；金属皂， 如碱金属皂、铵皂。 第九节 各类管流水力计算 一、简单管道 管径和管壁粗糙度相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统叫简单管道。 简单管道有三类计算问题： 二、串联管道 由不同直径或粗糙度的数段管子连接在一起的管道叫做串联管道 通过串联管道各管段的流量是相同的。 串联管道的损失应等于各管段损失的总和。 串联管道有两类计算问题: 由连续方程 是由管道尺寸和局部损失系数确定的已知数。 由 已知 试取 计算 查莫迪图 N Y 计算 三、并联管道 在某处分成几路、在下游某处又汇合成一路的管道叫并联管道。 并联管道的总流量等于个分管道的流量的总和。 并联管道的损失等于个分管道的损失。 按简单管道计算 并联管道的计算问题 具体步骤 第五节　粘性流体的紊流流动 一、紊流脉动与时均法 紊流流动是极不规则的流动，这种不规则性主要体现在紊流的脉动现象。所谓脉动现象，就是诸如速度、压强等空间点上的物理量随时间的变化作无规则的随机的变动。 在作相同条件下的重复实验时,所得瞬时值不相同,但多次重复实验的结果的算术平均值趋于一致。 时均速度 脉动速度 瞬时速度 同理 瞬时轴向速度与时均速度图 从工程应用的角度看 关心流体主流的速度分布、压强分布以及能量损失 流体主流的速度和压强，指的正是时均速度和时均压强 普通测速管的测量值均为平均值 空间各点的时均速度不随时间改变的紊流流动也称为定常流动或准定常流动 紊流中的切向应力 相对滑移引起的摩擦切向应力 流层之间动量交换，增加能量损失 1.紊流中的切向应力 摩擦切应力 脉动切向应力 紊流粘性系数 二、紊流中的切向应力 普朗特混合长度 对于 2.惯性切应力（雷诺应力 ）