第5單元流體流動阻力與管路水力計算問題在能量方程（伯努利方程）中，如何計算能量損失項hL？流體流動中的能量損失到哪里去了？造成能量損失的根本原因是什么？能量損失的表示方法及其適用的流體對象如何？第一節流動阻力與能量損失的兩種形式依據：流動邊界是否沿程變化兩種形式：沿程損失hf；局部損失hm1122hf121122hm12一、沿程阻力與沿程損失1.沿程阻力過流斷面的大小、形狀和方位沿流程不變；即流動是均勻流動；均勻流中的阻力只有沿程不變的切應力，稱為沿程阻力；該沿程阻力作功而引起的能量損失，稱為沿程損失，用hf表示。特點：沿程損失與管長成正比，與管徑成反比。沿程阻力(切應力)與沿程損失的關系演示二、局部阻力與局部損失2.局部阻力過流斷面大小和形狀發生急劇變化；是非均勻流；各處所形成的阻力都集中在很短的流段內，這種阻力稱為局部阻力；由局部阻力引起的能量損失稱為局部損失，用hm表示。特點：(局部阻力實驗1\2)局部損失與管長無關，只與局部管件形式有關。三、能量損失的計算公式總的能量損失=沿程損失+局部損失注意公式中各字母或符號所表示的含義！第二節兩種流態與雷諾數一、流態實驗（雷諾Reynolds實驗）雷諾實驗動畫示意圖層流(1\2)與紊流(1\2\3\4\5\6)層流與紊流的特點；上、下臨界流速與流態的關系；實際的層流與紊流。流態演示實驗雷諾實驗1\2\3\4流態實驗演示下臨界雷諾數,臨界雷諾數量測實驗演示過渡流流動形態1\2圓管內層流流動速度分布1\2圓管內湍流流動速度分布二、流動形態與沿程損失的關系層流時，hf與v成一次方正比關系；紊流時：紊流初始段，hf與v的1.75次方成正比；充分發展的紊流段，hf與v的平方成正比，該區間稱為阻力平方區。過渡區：hf隨v劇烈變化（大于2次方）流動形態與沿程損失的關系曲線三、雷諾數（Reynoldsnumber）是判別流動流態的標準；無因次數；慣性力/粘滯力2000是針對圓管的，非圓管則應區別對待！例題與練習（Examples&Exercises)例4-1例4-2例4-3練習：4-1，4-2第三節圓管均勻流及其沿程損失均勻流只有沿程損失，沒有局部損失；列能量方程；濕周與水力半徑；水力坡度（不要求）。第四節圓管中的層流運動管壁處流速為0，管軸處流速最大；流速分布為以管中心為軸的旋轉拋物面；平均流速=1/2Umax；在應用能量方程時，不能假設動能修正系數

=1（而是=2）；沿程損失與平均流速的一次方成正比；圓管層流沿程阻力系數=64/Re即與管壁粗糙無關。動畫演示層流流速分布第五節圓管中的紊流運動實際工程中的絕大多數流動是紊流紊流脈動與時均流速（略提）紊流的基本特征：流動參數的脈動現象紊流核心與層流底層（與Re的關系）紊流的流速分布：層流底層：按拋物線規律分布（近似直線）紊流核心：對數曲線規律分布最大流速在管軸上，斷面均速與最大流速接近層/紊流流速分布比較第六節紊流沿程阻力系數一、尼古拉茲實驗壁面粗糙、絕對粗糙度與相對粗糙度；尼古拉茲實驗曲線五個區域及其特點沿程阻力系數的變化規律層流底層水力光滑管與水力粗糙管二、莫迪實驗莫迪圖及其應用（查圖）三、紊流沿程阻力系數的計算公式（略提）計算步驟1、求Re，判斷流態;2、判斷所屬流區；3、求沿程阻力系數（也可通過查圖求得，從而可省去第2步）；4、求能量損失例題第七節非圓管流的沿程損失工程中有一些非圓管流動，如風管等；將非圓管折合成圓管；折算方法：水力半徑，當量直徑；水力半徑=過流斷面積/濕周（是反映過流斷面大小、形狀對沿程損失綜合影響的物理量）；當量直徑的概念（注意：水力半徑與圓管的水力半徑相等）；當量直徑為水力半徑的4倍（幾種典型斷面）；應用當量直徑注意事項（層流與特殊形狀斷面不適用）。例題；哪種過流斷面損失最小？第八節管流的局部損失局部阻力件：閥門、彎管1/2、接頭件等；局部損失：集中產生的能量損失；突然擴大的局部損失（應用能量方程解決）：突然擴大的局部損失=以平均流速差計算的流速水頭，即局部阻力系數的計算（注意與流速相對應！）管流的局部阻力系數由經驗公式確定，用流速水頭的倍數表示；計算局部損失時無需判斷流態（為什么？）；局部障礙的三種基本形式：過流斷面的擴大或縮小；流向改變；流量的合入或分出。以上三類的局部阻力系數計算式或表（除指明外，均對應局阻件后的流速）。幾個局部阻力件連在一起（或很近），其總損失不能簡單將各局部損失相加；如果間距大于3倍管徑，則可相加（偏安全）。突擴和突縮管內的流動阻力演示實驗沿程阻力實驗突然擴大管的壓力分布漸擴局部水頭損失量測實驗演示1\2\3例題與練習第九節減少阻力的措施為什么要減少阻力？減少流體運動阻力的基本途徑：改變流體運動的內部結構(加添加劑)；改善流動的邊界條件(粗糙度,柔性壁等)。減小局部阻力：防止或推遲流體與壁面的分離，避免旋渦區的產生或減小其大小和強度。幾種典型措施(平順的進口,漸擴/縮,彎管導葉,三通折角等)討論：設置導葉的彎管，為何內側導葉要布密些？本章要點和作業能量損失的兩種基本形式及其計算；層流與紊流及其區分；雷諾數的計算；管內層流與紊流的沿程損失計算（流動分區與沿程阻力系數