1、粘滯性粘滯性相對運動相對運動dudy物理性質物理性質固體邊界固體邊界產生水產生水流阻力流阻力損耗機損耗機械能械能h hw w水頭損失的物理概念及其分類水頭損失的物理概念及其分類水頭損失的分類水頭損失的分類沿程水頭損失沿程水頭損失h hf f局部水頭損失局部水頭損失h hj j某一流段的總水頭損失：某一流段的總水頭損失：wfjhhh各分段的沿程水頭損失的總和22fl vhdg22jVhg第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失層流層流: :所有流體質點作有規則的、互不摻混的運動所有流體質點作有規則的、互不摻混的運動紊流紊流: :流體質點作無規則摻混的混雜運動流體質點作無規則摻混

2、的混雜運動 Revd雷諾數是表征慣性力與粘滯力之比。雷諾數是表征慣性力與粘滯力之比。雷諾數雷諾數紊流形成過程的分析紊流形成過程的分析返回選定流層y流速分布曲線干擾FFFFFFFFFFFF升力渦 體紊流形成條件渦體的產生雷諾數達到一定的數值第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失冬季：冬季： 故屬于層流；故屬于層流；夏季：夏季： 故屬于紊流。故屬于紊流。例：例：用直徑用直徑d20cm的舊鋼管輸送石油，已知石油密度的舊鋼管輸送石油，已知石油密度900Kg/m900Kg/m3 3，若通過的流量為每小時若通過的流量為每小時100噸，石油的平均運動粘滯系數在冬季為噸，石油的平均運動粘滯

3、系數在冬季為1.092cm2/s，夏季為，夏季為0.335cm2/s ，試分別判斷石油在冬夏兩季的流態？，試分別判斷石油在冬夏兩季的流態？解：解：smQQm/030864. 090036001010033smAQv/982438. 02 . 0030864. 04220003369.179910092. 12 . 0982438. 0Re4vd20003011.586510335. 02 . 0982438. 0Re4vd 沿程水頭損失與切應力的關系沿程水頭損失與切應力的關系1122LOOZ1Z2列流動方向的平衡方程式：120sin0ApApgALLFP1=Ap100G=gALFP2=Ap20

4、FL濕周整理得：01212()()ppLZZggAg改寫為：00fLLhAgRg0fhgRL水力半徑過水斷面面積與濕周之比，即A/0gRJ0fLhRg量綱分析020( , , , , )8f R VV 242fL VhRg圓管中4dR 22fL Vhdg沿程阻力系數(,)V RfR返回第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失22()4ogJurr448128ogJgJrd422128324gJdQgJVddA22264642Re22fl Vl Vl VhVddgdgdg64Re 紊流的粘性底層在紊流中緊靠固體邊界紊流的粘性底層在紊流中緊靠固體邊界附近，有一極薄的層流層，其中粘

5、滯切附近，有一極薄的層流層，其中粘滯切應力起主導作用，而由脈動引起的附加應力起主導作用，而由脈動引起的附加切應力很小，該層流叫做粘性底層。切應力很小，該層流叫做粘性底層。粘性底層0紊流粘性底層厚度粘性底層厚度032.8Red可見，可見，0 0隨雷諾數的增加而減小。隨雷諾數的增加而減小。當當ReRe較小時，較小時，水力光滑面水力光滑面當當ReRe較大時，較大時，00紊流粗糙面紊流粗糙面0過渡粗糙面過渡粗糙面返回第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失尼古拉茲實驗：揭示了沿程水頭損失的規律尼古拉茲實驗：揭示了沿程水頭損失的規律尼古拉茲實驗：沿程阻力系數與雷諾數關系圖尼古拉茲實驗：

6、沿程阻力系數與雷諾數關系圖第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失尼古拉茲實驗曲線的五個區域尼古拉茲實驗曲線的五個區域1.1. 層流區層流區Re64(Re) fRe20002. 2. 過渡區過渡區 不穩定，可能是層流，可能是紊流。不穩定，可能是層流，可能是紊流。2000Re4000第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失3.3. 紊流光滑區紊流光滑區 與相對粗糙度無關，只與雷諾數有關。與相對粗糙度無關，只與雷諾數有關。04000Re&()0.4sK 4.4. 紊流過渡區紊流過渡區 與相對粗糙度和雷諾數有關。與相對粗糙度和雷諾數有關。00.46.0sK

7、5.5. 紊流粗糙區紊流粗糙區 只與相對粗糙度有關。只與相對粗糙度有關。此區域內能量損失與流速的平方成正比，稱為此區域內能量損失與流速的平方成正比，稱為平方阻力區平方阻力區。06.0sK第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失尼古拉茲公式尼古拉茲公式柯列布魯斯公式柯列布魯斯公式伯拉休斯公式伯拉休斯公式計算公式計算公式f (Re)f (Re)f (Re)函數關系函數關系沿程水頭損失沿程水頭損失hf與與v的關系的關系Ks/06.00.40.4 Ks/06.06.0Ks/00.4判別標準判別標準紊流粗糙區紊流粗糙區紊流過渡區紊流過渡區紊流光滑區紊流光滑區Re40002000Re40

8、00Re2000紊流紊流流態過渡區流態過渡區層流層流流態流態fhv1.75fhv1.75 2.0fhv2.0fhv(Re,)Ksfd()Ksfd1/30.0025Re64Re1/40.3164Re12.512lg3.7Red 212lg( /2) 1.74sdk 計算沿程水頭損失的經驗公式計算沿程水頭損失的經驗公式謝齊公式謝齊公式返回VCR J斷面平均流速斷面平均流速謝齊系數謝齊系數水力半徑水力半徑水力坡度水力坡度1.1.謝齊系數有量綱，量綱為謝齊系數有量綱，量綱為LL1/21/2T T-1-1 ，單位為單位為m m1/21/2/s/s。2.2.謝齊公式可適用于不同流態和流區，謝齊公式可適用于

9、不同流態和流區，既可適用于明渠水流也可應用于管流。既可適用于明渠水流也可應用于管流。3.3.常用計算謝齊系數的經驗公式：常用計算謝齊系數的經驗公式：曼寧公式曼寧公式巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式161CRn11yCRn這兩個公式均依據阻力平方區紊流的實測資料求得，故只這兩個公式均依據阻力平方區紊流的實測資料求得，故只能能適用于阻力平方區的紊流適用于阻力平方區的紊流。8gC28gC或或n n為粗糙系數，簡為粗糙系數，簡稱糙率。水力半徑稱糙率。水力半徑單位均采用米。單位均采用米。例題例題第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失 第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其

10、能量損失例例如圖所示為用于測試新閥門壓強降的設備。21的水從一容器通過銳邊入口進入管系，鋼管的內徑均為50mm，絕對粗糙度為0.04mm，管路中三個彎管的管徑和曲率半徑之比d/R=0.1。用水泵保持穩定的流量12m3h,若在給定流量下水銀差壓計的示數為150mm，試求：6.5m2m2m4m150mm1.8m水泵水銀（3）計算閥門前水的計示壓強；（4）不計水泵損失，求通過該系統的總損失，并計算水泵供給水的功率。（1）水通過閥門的壓強降； （2）計算水通過閥門的局部損失系數；第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失【解】管內的平均流速為 m/s2244 121.6993.14 0

11、.053600qvd(1)閥門流體經過閥門的壓強降 1852215. 0807. 9)100013600()(ghpHgPa（3）計算閥門前的計示壓強，由于要用到粘性流體的伯努里方程，必須用有關已知量確定方程中的沿程損失系數。(2)閥門的局部損失系數由 解得gpgvhj2283.12699. 11000185222222vp21的水密度近似取1000kg/m3，其動力粘度為330221.792 100.993 101 0.03370.0002211 0.0337 21 0.000221 21ttPa.s第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失26.98（d /）8/7=26.

12、98（50/0.04）8/79.34104由于4000Re26.98（ d / ）8/7，可按紊流光滑管的有關公式計算沿程損失系數，又由于4000Re105，所以沿程損失系數的計算可用勃拉修斯公式，即431055. 810993. 005. 0699. 11000Revd管內流動的雷諾數為0.254 0.250.31640.31640.0185Re(8.55 10 )根據粘性流體的伯努里方程可解得5 . 0管道入口的局部損失系數 Pa ggvldp2)1 (8 . 1 213317807. 91000807. 92699. 1)05. 040185. 05 . 01 (8 . 1 2第五章第五章 層流、紊流及其能量損失層流、紊流及其能量損失(4) 根據已知條件d/R=0.1查表，彎管的局部阻力系數131. 01計單位重量流體經過水泵時獲得的能量為hp，列水箱液面和水管出口的伯