第四章-流动阻力和能量损失

第四章第四章流动阻力和能量损失流动阻力和能量损失为了运用能量方程式确定流动过程中流体所具有的能为了运用能量方程式确定流动过程中流体所具有的能量变化量变化，或者说或者说，确定各断面上位能确定各断面上位能、压力能和动能压力能和动能之间的关系以及计算为流动应提供的动力等之间的关系以及计算为流动应提供的动力等，都需要都需要解决能量损失项的计算问题解决能量损失项的计算问题。能量损失的计算是专业能量损失的计算是专业中重要的计算问题之一中重要的计算问题之一。能量损失原因能量损失原因:不可压缩流体在流动过程中不可压缩流体在流动过程中，流体之间因相流体之间因相对运动切应力的作功对运动切应力的作功，以及流体与出壁之间摩擦力的作功以及流体与出壁之间摩擦力的作功，都是靠损失流体自身所具有的机械能来补偿的都是靠损失流体自身所具有的机械能来补偿的。这部分能量这部分能量均不可逆转地转化为热能均不可逆转地转化为热能。这种引起流动能量损失的阻力与这种引起流动能量损失的阻力与流体的粘滞性和惯性流体的粘滞性和惯性，与固壁对流体的阻滞作用和扰动作用与固壁对流体的阻滞作用和扰动作用有关有关。能量损失表示方法：对于液体能量损失表示方法：对于液体，通常用单位重量流体的通常用单位重量流体的能量损失能量损失(或称水头损失或称水头损失)hl来表示来表示，其因次为长度；其因次为长度；对于气体对于气体，则常用单位体积内的流体的能量损失则常用单位体积内的流体的能量损失(或称压或称压强损失强损失)pl来表示来表示，其因次与压强的因次相同其因次与压强的因次相同。它们之间它们之间的关系是：的关系是：pl＝γhl。第一节第一节沿程损失和局部损失沿程损失和局部损失一、沿程损失一、沿程损失-----沿流程上流体与壁面以及流体本身内部摩擦而产生沿流程上流体与壁面以及流体本身内部摩擦而产生的能量损失（用的能量损失（用hf来表示）。来表示）。沿程损失沿程损失，是发生在缓变流整个流程中的能量损发生在缓变流整个流程中的能量损失，是由流体的粘滞力造成的损失是由流体的粘滞力造成的损失。gVdλh2f2L计算公式：L：管长，：管长，d：管径，：管径，V：管断面平均速度，：管断面平均速度，λ：沿程：沿程阻力系数。阻力系数。（达西（达西-魏斯巴赫公式）魏斯巴赫公式）影响因素影响因素流动状态：层流、紊流流动状态：层流、紊流流速流速管道的长度、内径管道的长度、内径管壁粗糙程度管壁粗糙程度流体的粘度流体的粘度二、局部损失二、局部损失-----流动中，由于边界急剧变化（如管径突然变大或流动中，由于边界急剧变化（如管径突然变大或变小；弯管引起流速方向改变；或阀门、三通等）而变小；弯管引起流速方向改变；或阀门、三通等）而产生的局部能量损失产生的局部能量损失(一般用一般用hm表示表示)。局部损失局部损失：是发生在流动状态急剧变化的：是发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失。是主要由流体微团的急变流中的能量损失。是主要由流体微团的碰撞、流体中的涡流等造成的损失。碰撞、流体中的涡流等造成的损失。变径管变径管发生位置发生位置弯头弯头阀门阀门渐缩渐缩渐扩渐扩突缩突缩突扩突扩…2gVζh2m计算公式：V：断面平均速度，：断面平均速度，ζ：局部阻力系数。：局部阻力系数。若为若为管路系统管路系统，能量损失应是各段沿程损失和，能量损失应是各段沿程损失和局部损失之和，即局部损失之和，即2gVζ2gVdLλhhh22mfL局部阻力系局部阻力系数由试验确数由试验确定。定。第二节第二节层流和紊流、雷诺数层流和紊流、雷诺数一、雷诺实验一、雷诺实验两种流态两种流态1883年英国物理学家雷诺在与年英国物理学家雷诺在与图4-2类似的装置上进行了实验类似的装置上进行了实验。试验时试验时，水箱水箱A内水位保持不变内水位保持不变，阀门阀门C用于调节流量用于调节流量．容器容器D内盛有容重与水相近的颜色水盛有容重与水相近的颜色水，经细管细管E流入玻璃管月流入玻璃管月，阀门阀门F用于用于控制颜色水流量控制颜色水流量。当管当管B内流速较小时内流速较小时，管内颜色水成一股细直的流束管内颜色水成一股细直的流束，这表明各液这表明各液层间毫不相混层间毫不相混。这种分层有规则的流动状态称为层流这种分层有规则的流动状态称为层流。当阀门当阀门F逐渐开大流速增加到某一临界流速时渐开大流速增加到某一临界流速时，颜色水出现摆动颜色水出现摆动，继续增大流继续增大流速，则颜色水迅速与周围清水相混则颜色水迅速与周围清水相混，这表明液体质点的运动轨迹是这表明液体质点的运动轨迹是极不规则的极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混各部分流体互相剧烈掺混．这种流动状态称为紊流这种流动状态称为紊流。