6 流动阻力及能量损失

思考题及答案

一、选择 (1)

二、例题 (4)

三、问答 (9)

一、选择

问题：水在垂直管内由上向下流动，相距l的两断面间，测压管水头差h，两断面间沿程水头损，则：

失h

f

A.h

=h;

f

=h+l；

B.h

f

C.h

=l-h；

f

=l。

D.h

f

问题：圆管层流流动过流断面上切应力分布为：

A.在过流断面上是常数；

B.管轴处是零，且与半径成正比；

C.管壁处是零，向管轴线性增大；

D. 按抛物线分布。

问题：在圆管流中，层流的断面流速分布符合：

A.均匀规律；

B.直线变化规律；

C.抛物线规律；

D. 对数曲线规律。

问题：圆管层流，实测管轴线上流速为4m／s，则断面平均流速为：

A. 4m／s；

B. 3.2m／s；

C. 2m／s；

D. 1m／s。

问题：在圆管流中，紊流的断面流速分布符合：

A.均匀规律；

B.直线变化规律；

C.抛物线规律；

D.对数曲线规律。

问题1：水从水箱经水平圆管流出，开始为层流。在保持水位不变的条件下，改变水的温度，当水温由低向高增加时，出流与水温的关系为：

A.流量随水温的增加而增加；

B.流量随水温的增加而减小；

C.开始流量随水温的增加而显著增加，当水温增加到某一值后，流量急剧减小；

D.开始流量随水温的增加而显著减小，当水温增加到某一值后，流量急剧增加，之后流量变化很小。

问题1：工业管道的沿程阻力系数|?，在紊流过渡区随雷诺数的增加而：

A.增加；

B.减小；

C.不变。

问题2：有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径d,长度l,边界粗糙度均相等时，运动粘

度n

油>n

水

，若两管的雷诺数相等，则沿程水头损失：

A.h

f油=h

f水

； B.h

f油

>h

f水

；

C.h

f油

f水

； D.关系不定。

问题1：理想流体的绕流分离现象。

A.不可能产生；

B.会产生；

C.随绕流物体表面变化会产生；

D.根据来流状况判别是否会产生。

问题2：对于层流边界层，和都将加速边界层分离：

A.减小逆压梯度，减小运动粘度；

B.增加逆压梯度，减小运动粘度；

C.减小逆压梯度，增加运动粘度；

D.增加逆压梯度，增加运动粘度。

判断：有两个圆形管道，管径不同，输送的液体也不同，则流态判别数（雷诺数）不相同。你的回答：对错

判断：紊流附加切应力与粘性切应力均与流体的密度和脉动强度有关。

你的回答：对错

判断：涡流粘度和动力粘度都与流体的粘滞性有关。

你的回答：对错

判断：紊流核心的切应力以附加切应力为主，粘性切应力可以忽略。

你的回答：对错

判断：在一直管中流动的流体，其水头损失包括沿程水头损失与局部水头损失。

你的回答：对错

判断：有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径、长度、边界粗糙度均相等时，则沿程水头损失必然相等。

你的回答：对错

选择：半圆形明渠，半径r

=4m，水力半径为：

你的回答： 4m 3m 2m 1m

判断：谢才系数C是一个无量纲的纯数。

你的回答：对错

判断：谢才公式只能用于水流的粗糙区。

你的回答：对错

判断：边界层内流体流动与粘性底层流体流动都属于层流。

你的回答：对错

判断：排到江河的污水散布是紊流扩散。

你的回答：对错

二、例题

例：某段自来水管，d=100mm，v=1.0m/s。水温10℃，（1）试判断管中水流流态？（2）若要保持层流，最大流速是多少？

解:（1）水温为10℃时，水的运动粘度，由下式计算得：

则：

即：圆管中水流处在紊流状态。

（2）

要保持层流，最大流速是0.03m/s。

例1 ρ=0.85g/cm3的油在管径100mm,v=0.18cm2/s的管中以v=6.35cm/s的速度作层流运动，求（1）管中心处的最大流速；（2）在离管中心r=20mm处的流速；

及每km管长的水头损失。

（3）沿程阻力系数λ；（4）管壁切应力τ

解 :（1）求管中心最大流速，由式（6-12）得

（2）离管中心r=20mm处的流速，由式（6-10）得

（3）沿程阻力系数

先求出Re

（层流）

则

（4）切应力及每千米管长的水头损失

例2 应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m ，如图6-5。实

=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。

测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值h

p

试求油的运动粘度和动力粘度。

解: 列细管测量段前、后断面能量方程（4-15）

设为层流

图6-5

校核状态

，为层流。

例1：某水管长l=500m，直径d=200mm，管壁粗糙突起高度Δ=0.1mm，如输送流量Q=10 l/s，水温t=10℃，计算沿程水头损失为多少？

解：

∵t=10℃∴|í=0.01310cm2/s

故管中水流为紊流。

由式（6-33）计算|?：

先假设|?=0.021，则

所以|?=0.021满足要求

（也可以查莫迪图，当Re=48595按光滑管查，得：|?=0.0208 ）

例2 有一新的给水管道，管径d=400mm，管长l=100m，糙率n=0.011，沿程水头损失h

=0.4m，

f

水流属于紊流粗糙区，问通过的流量为多少？

解管道过水断面面积

水力半径

利用曼宁公式（6-31）计算C值，则

所以流量

例3 一混凝土衬砌的圆形断面隧洞，管径d=2000mm，管长l=100m，通过流量Q=31.4m3/s，

。

糙率n=0.014，试求该隧洞的洞程水头损失h

f

解隧洞中流动一般均为紊流粗糙区，故可应用谢才公式。

所以

其中：

式中得

将以上各值代入h

f

例如图6-16所示流速由v

1变为v

2

的突然扩大管中，如果中间加一中等粗细管段使形成两次突

然扩大，略去局部阻力的相互干扰，即用叠加方法。试求

（1）中间管中流速为何值时，总的局部水头损失最小；

（2）计算总的局部水头损失，并与一次扩大时相比较。

解（1）两次突然扩大时的局部水头损失为

图6-16

中间管中流速为v，使其总的局部水头损失最小时

即

得

（2）总的局部损失为

因为一次突然扩大时的局部水头损失，所以两次突然扩大时总的局部水头损失为一次突然扩大时的二分之一。

三、问答

问题：怎样判别粘性流体的两种流态——层流和紊流？答案：

用下临界雷诺数Re

c 来判别。当雷诺数Re

c

时，流动为层流，Re>Re

c

时,流动为紊流。当

为圆管流时,＝2300，当为明渠流时。(R为水力半径)

问题：为何不能直接用临界流速作为判别流态（层流和紊流）的标准？

答案：

因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径（当为圆管流时）或水力半径（当为明渠流时）有关。而临界雷诺数则是个比例常数，对于圆管流为2300（2000），对于明渠流为575（500），应用起来非常方便。

1.问题：雷诺数与哪些因数有关？其物理意义是什么？当管道流量一定时，随管径的加大，雷诺数是增大还是减小？

答案：

雷诺数与流体的粘度、流速及水流的边界形状有关。Re=惯性力/粘滞力,

随d增大，Re减小。

2.为什么用下临界雷诺数，而不用上临界雷诺数作为层流与紊流的判别准则？

答：上临界雷诺数不稳定，而下临界雷诺数较稳定，只与水流的过水断面形状有关。

3.当管流的直径由小变大时，其下临界雷诺数如何变化？

答：不变，临界雷诺数只取决于水流边界形状，即水流的过水断面形状。

填空：圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s，则断面平均流速为2m/s。

1.圆管层流的切应力、流速如何分布？

答：直线分布，管轴处为0，圆管壁面上达最大值；旋转抛物面分布，管轴处为最大，圆管壁面处为0。

2.如何计算圆管层流的沿程阻力系数？该式对于圆管的进口段是否适用？为什么？

答：否；非旋转抛物线分布

3.为什么圆管进口段靠近管壁的流速逐渐减小，而中心点的流速是逐渐增大的？

答：连续性的条件的要求：流量前后相等（流量的定义）

问题：紊流的瞬时流速、时均流速、脉动流速、断面平均流速有何联系和区别？

答案：

瞬时流速，为某一空间点的实际流速，在紊流流态下随时间脉动；

时均流速，为某一空间点的瞬时速度在时段T内的时间平均值；

脉动速度与时均速度的叠加等于瞬时速度；

断面平均速度v，为过流断面上各点的流速（紊流是时均速度）的断面平均值。

1.紊流研究中为什么要引入时均概念？紊流时，恒定流与非恒定流如何定义？

把紊流运动要素时均化后，紊流运动就简化为没有脉动的时均流动，可对时均流动和脉动分别加以研究。紊流中只要时均化的要素不随时间变化而变化的流动，就称为恒定流。

2.瞬时流速、脉动流速、时均流速和断面平均流速的定义及其相关关系怎样？

参考答案：

瞬时流速u，为流体通过某空间点的实际流速，在紊流状态下随时间脉动；时均流速，为某

一空间点的瞬时流速在时段T内的时间平均值；；脉动流速，为瞬时流速和时均流速的差值，；断面平均流速v，为过水断面上各点的流速（紊流是时均流速）的断

面平均值，。

3.紊流时的切应力有哪两种形式？它们各与哪些因素有关？各主要作用在哪些部位？

参考答案：

粘性切应力——主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关。主要作用在近壁处。

附加切应力——主要与流体的脉动程度和流体的密度有关，主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。

4.紊流中为什么存在粘性底层？其厚度与哪些因素有关？其厚度对紊流分析有何意义？

参考答案：

在近壁处，因液体质点受到壁面的限制，不能产生横向运动，没有混掺现象，流速梯度d u/d y 很大，粘滞切应力|ó=|ìd u/d y仍然起主要作用。

粘性底层厚度与雷诺数、质点混掺能力有关。

随Re的增大，厚度减小。粘性底层很薄，但对能量损失有极大的影响。

5.紊流时断面上流层的分区和流态分区有何区别？

粘性底层，紊流核心：粘性、流速分布与梯度; 层流、紊流：雷诺数

6.圆管紊流的流速如何分布？

粘性底层：线性分布; 紊流核心处：对数规律分布或指数规律分布。

1.管径突变的管道，当其它条件相同时，若改变流向，在突变处所产生的局部水头损失是否相等？为什么？

不等；固体边界不同，如突扩与突缩

2.局部阻力系数与哪些因素有关？选用时应注意什么？

固体边界的突变情况、流速；局部阻力系数应与所选取的流速相对应。

3.如何减小局部水头损失？

让固体边界接近于流线型。

想一想：紊流时的切应力有哪两种形式？它们各与哪些因素有关？各主要作用在哪些部位？答：粘性切应力——主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关，主要作用在近壁处。附加切应力——主要与流体的脉动程度和流体的密度有关，主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。考考你:普兰特混合长度理论借用了气体中分子自由程的概念。

想一想：若原圆管壁面处于水力光滑壁面的水力状态，随着圆管中流速的逐渐增加，其水力状态将如何变化？

水力光滑壁面水力过渡壁面水力粗糙壁面

想一想：造成局部水头损失的主要原因是什么？

主流脱离边壁，漩涡区的形成。

想一想：什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？

边界层是指贴近平板很薄的流层内，速度梯度很大，粘性的影响不能忽略的薄流层。它的提出为解决粘性流体绕流问题开辟了新途径，并使流体绕流运动中一些复杂现象得到解释。

想一想：边界层内是否一定是层流？影响边界层内流态的主要因素有哪些？

否，有层流、紊流边界层；粘性、流速、距离

问题：物体表面的曲率越大，越易发生边界分离，且边界分离的尾涡区也越大。

想一想：边界层分离是如何形成的？如何减小尾流的区域？

因压强沿流动方向增高，以及阻力的存在，使得边界层内动量减小，而形成了边界层的分离。使绕流体型尽可能流线型化，则可减小尾流的区域。

想一想：何谓绕流阻力，怎样计算？

绕流阻力指流体作用在绕流物体上的平行于来流方向的分力。可按上述公式（6-50）计算。

流体力学讲义 第六章 流动阻力及能量损失2

第六章流动阻力及能量损失 本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。 第一节流态判别 一、两种流态的运动特征 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。 1.层流 层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 特点：（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 2.紊流 紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。 特点：（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。 （4）在流速较大且雷诺数较大时发生。 二、雷诺实验 如图6-1所示，实验曲线分为三部分： （1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。 （2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。 （3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。 图6-1图6-2

生态系统能量流动过程分析和计算

生态系统能量流动过程分析 1．下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单位：J/(cm2·a)]，据图分析，有关说法正确的是( ) A．该生态系统第一营养级同化的能量至少为400 B．第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100 C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20% D．该生态系统第三营养级同化的能量是15 2．如图所示桑基鱼塘生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应的能量。下列有关叙述不正确的是( ) A．如果c1表示蚕传递给分解者的能量，则b1表示未被 利用的能量 B．图中b表示桑树呼吸作用散失的能量 C．图中的c可表示桑树用于生长、发育、繁殖的能量 D．图中d1/d可以表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率 3．如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育、繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中正确的是( ) A．图中A＝D、B＝E、C＝F B．K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量 C．食物链中能量最少的是分解者所处的营养级 D．第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D 4．(2015·茂名模拟)下列对人工鱼塘生态系统的分析，合理的是( ) A．消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能B．生态系统中能量流动不是逐级递减的 C．调查该生态系统中某鱼类密度常用的方法是样方法D．该生态系统的功能只有物质循环和能量流动 5．如图为某人工松林18年间能量流动情况的调查统计(单 位略)，有关说法正确的是( ) A．“能量Q”是指生产者固定的太阳能总量 B．无需人工能量投入该松林就可维持其稳定性 C．18年间该松林中分解者获取总能量是285×1010 D．动物的存在加快了人工松林的物质循环 6．下表是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况，下 列说法不正确的是( ) 项目昆虫摄食量昆虫粪便量昆虫呼吸消耗量昆虫生长的能量 能量(kJ) 410 210 130 70 A. B．昆虫同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖 C．昆虫的后一个营养级能够获得的能量最多为14 kJ D．昆虫的前一营养级的能量至少为1 000 kJ

6 流动阻力及能量损失

思考题及答案 一、选择 (1) 二、例题 (4) 三、问答 (9) 一、选择 问题：水在垂直管内由上向下流动，相距l的两断面间，测压管水头差h，两断面间沿程水头损，则： 失h f A.h =h; f =h+l； B.h f C.h =l-h； f =l。 D.h f 问题：圆管层流流动过流断面上切应力分布为： A.在过流断面上是常数； B.管轴处是零，且与半径成正比； C.管壁处是零，向管轴线性增大； D. 按抛物线分布。

问题：在圆管流中，层流的断面流速分布符合： A.均匀规律； B.直线变化规律； C.抛物线规律； D. 对数曲线规律。 问题：圆管层流，实测管轴线上流速为4m／s，则断面平均流速为： A. 4m／s； B. 3.2m／s； C. 2m／s； D. 1m／s。 问题：在圆管流中，紊流的断面流速分布符合： A.均匀规律； B.直线变化规律； C.抛物线规律； D.对数曲线规律。 问题1：水从水箱经水平圆管流出，开始为层流。在保持水位不变的条件下，改变水的温度，当水温由低向高增加时，出流与水温的关系为： A.流量随水温的增加而增加； B.流量随水温的增加而减小； C.开始流量随水温的增加而显著增加，当水温增加到某一值后，流量急剧减小； D.开始流量随水温的增加而显著减小，当水温增加到某一值后，流量急剧增加，之后流量变化很小。 问题1：工业管道的沿程阻力系数|?，在紊流过渡区随雷诺数的增加而： A.增加； B.减小； C.不变。 问题2：有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径d,长度l,边界粗糙度均相等时，运动粘 度n 油>n 水 ，若两管的雷诺数相等，则沿程水头损失： A.h f油=h f水 ； B.h f油 >h f水 ；

流动阻力和能量损失

流动阻力和能量损失 1.如图所示： （1）绘制水头线；（2）若关小上游阀门A，各段水头线如何变化？若关小下游阀门B，各段水头线又如何变化？（3）若分别关小或开大阀门A和B，对固定断面1-1的压强产生什么影响？ 解：（1）如图所示 （2）A点关小阀门，使A点局部阻力加大（A点总水头线下降更多）但由于整个管道流量减小，使整个管道除A点外损失减小，即B点局部阻力减小（B点总水头线下降，但没有原来多）各管道沿程阻力减小（总水头线坡长减小），速度水头减小（测压管水头线与总水头线之间距离减小） 同理可以讨论B点阀门关小的性质

（3）由于1—1断面在A 点的下游，又由于A 点以下测压管水头线不变，所以开大或者关小阀门对1—1断面的压强不受影响。对B 点，关小闸门，B 点以上测压管水头线上移，使1—1断面压强变大，反之亦然 2.用直径mm d 100=的管道，输送流量为s kg /10的水，如水温为5℃，试确定管内水的流态。如用这样管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度 3 850m kg =ρ，运动粘滞系数 s cm 214.1=υ，试确定石油的流态。 解：（1）5℃时，水的运动粘滞系数s m 2 610519.1-?=υ Av Q Q ρρ==，v = () 2 31.04 10110 ?? ?π 20008386310519.1)1.0(4 1011 .010Re 6 23>=???? ??== -π υ vd 故为紊流 （2） 200013141014.1)1.0(4 8501 .010Re 4 2<=???? ?= -π 故为层流 3.有一圆形风道，管径为300mm ，输送的空气温度20℃，求气流保持层流时的最大质量流量。若输送的空气量为200kg/h ，气流是层流还是紊流？ 解 ：20℃时,空气的运动粘滞系数s m v 26107.15--?= 3205.1m kg =ρ 2000Re == υ vd s m v 105.03 .0107.1520006=??=-

对能量流动相关计算及应用

一、对能量流动相关计算以及应用 1.能量流动的相关计算 首先确定食物链，理清营养级上差别。其次能量传递效率为10%—20%，据题干中“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，确定使用10%或20%。 ②.已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量是 中，确定生物变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则： ①.食物链越短，最高营养级获得的能量越多。 ②.生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少； 例如：已知D营养级的能量为M,计算至少需要A营养级的能量，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进行传递，即A ×20% =M 或者是A =M ÷ 20% ;计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即A ×10% ×10% ×10% =M 或者是： A = M ÷（10% ）3。 （3）在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。 例如：

吃草籽鸟 禾谷类→虫→食虫鸟→鹰 兔 若鹰的食物1/3来自食虫鸟，1/3来自吃草子鸟，1/3来自兔，则鹰的能量每增加3千焦，最少消耗禾谷类多少千焦解析：若鹰体内增加3千焦的能量，鹰的食物1/3来自食虫鸟，1/3来自吃草籽鸟，1/3来自兔，则相关食物链有：禾谷类→虫→食虫鸟→鹰，鹰从禾谷类获得的能量为A×20% ×20% ×20% =1或者=1÷20%÷20%÷20%=125千焦；禾谷类→吃草籽鸟→鹰，鹰从禾谷类获得的能量为B×20% ×20% =1或者=1÷20%÷20%=25千焦；禾谷类→兔→鹰，鹰从禾 谷类获得的能量为C×20% ×20% =1或者=1÷20%÷20%=25千焦。因此理论上讲最少需要A+B+C=125+25+25=175（千焦）的禾谷类。 2.利用能量流动的特点确定食物链 （1）根据能量传递的特点，能量含量越高，营养级别越低。（2）根据能量传递效率10%—20%，可以确定相邻两个营养级能量差别在5倍左右，若能量相差不多，则应列为同一营养级，如据下图1四种生物所同化的有机物的量的比例，可确定其营养结构如图2所示。 乙 甲丁 丙 图1 图2

能量流动计算题

有关能量流动的计算题的解题技巧 生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环，生物考试中一般以计算题的形式考查生态系统的能量流动这部分知识。下面就常见的一些类型进行归类，总结该类题的解题技巧。 一． 求能量传递效率 求能量传递效率= 例1. 下表是对某一水生生态系统营养级和能量流动的调查结果，其中A 、B 、C 、D 分别 表示不同的营养级，E 为分解者。pg 为生物同化作用固定能量的总量，Pn 为生物体储存的能量（Pg=Pn+R ）,R 为生物呼吸消耗的能量。请分析回答。 １. 能量流动是从A 、B 、C 、D 中的那个营养级开始的？为什么？ ２. 该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是多少？ ３. 从能量输入和输出的角度看，该生态系统的总能量是否增加？为什么？ 解析：（1）因为B 营养级的能量最多，储存的能量和呼吸消耗的能量也最多故B 是生产者。 （2）已知E 是分解者，按照生态系统中能量逐级递减的特点，食物链为B → D → A → C 。从第三营养级传递到第四营养级的效率为（0.9／15.9）×100﹪=5.7﹪ （3）因为在该生态系统中，输入的总能量为生产者固定的总能量870.7，输出的总能量=13.1+501.3+0.6+79.1+191.4=785.5，870.7＞785.5。所以生态系统输入的总能量大于输出的总能量之和。 答案（1）B 因为B 营养级含能量最多，是生产者。 （2）5.7﹪ （3）增加。因为该生态系统输入的总能量大于输出的总能量之和。 下一个营养级的同化量 上一个营养级的同化量 ×100％

例2 某一生态系统中，已知一只鹰增重2千克要吃10千克小鸟，小鸟增重0.25千克要 吃2千克昆虫；而昆虫增重100千克要吃1000千克绿色植物。在此食物链中鹰对绿色植物的能量利用率为( ) A 0.05﹪ B 0.5﹪ C 0.25﹪ D 0.025﹪ 解析：能量传递效率在各营养级之间不一样，逐步计算。或以植物为基准，在食物链的基础上推出2.5/1000×100%=0.25% 二 求营养级的生物量 (一） 已知能量传递效率求生物量 例3在植物 昆虫 鸟 的营养结构中，若能量传递效率为10%，以鸟类同化的总量为（ ） B A Y X D C X X X Y Y Y

流动阻力和能量损失讲解

流动阻力和能量损失 1.如图所示：（1）绘制水头线；（2）若关小上游阀门A ，各段水头线如何变化？若关小下游阀门B ，各段水头线又如何变化？（3）若分别关小或开大阀门A 和B ，对固定断面1-1的压强产生什么影响？ 解：（1）略 （2）A 点阻力加大，从A 点起，总水头线平行下移。由于流量减少，动能减少，使总水头线与测压管水头线之间的距离减小，即A 点以上，测压管水头线上移。A 点以下，测压管水头线不变，同理讨论关小B 的闸门情况。 （3）由于1—1断面在A 点的下游，又由于A 点以下测压管水头线不变，所以开大或者关小阀门对1—1断面的压强不受影响。对B 点，关小闸门，B 点以上测压管水头线上移，使1—1断面压强变大，反之亦然。 2.用直径mm d 100=的管道，输送流量为s kg /10的水，如水温为5℃，试确定管内水的流态。如用这样管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度3850m kg =ρ，运动粘滞系数s cm 214.1=υ，试确定石油的流态。 解：（1）5℃时，水的运动粘滞系数s m 2610519.1-?=υ Av Q Q ρρ==，v =() 231.0410110???π 20008386310519.1)1.0(41011.010Re 62 3>=??????= =-π υvd 故为紊流 （2） 200013141014.1)1.0(48501.010Re 4 2<=?????= - 故为层流 3.有一圆形风道，管径为300mm ，输送的空气温度20℃，求气流保持层流时的最大流量。若输送的空气量为200kg/h ，气流是层流还是紊流？ 解 ：20℃时,空气的运动粘滞系数s m v 26107.15--?= 3205.1m kg =ρ 2000 Re ==υvd s m v 105.03 .0107.1520006 =??=-

7第七章流动阻力和能量损失

第七章 流动阻力和能量损失 7—1 管道直径d = 100 mm ，输送水的流量为10 kg/s ，如水温为5℃，试确定管内水流的状态。如用这管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度ρ= 850 kg/m 3、运动粘度ν= 1.14 cm 2/s ，试确定石油流动的流态。 解：（1）2 410 m /s 1.27m /s 0.11000 Q v A π?= = =?? 62 1.51910m /s ν-=? （t = 5℃ ） 6 1.270.183********.51910ν -?= = =>?vd R e ，为湍流 （2）2 410 m /s 1.50m /s π0.1850 Q v A ?= = =?? 2 1.14cm /s ν= 15010 131620001.14 ν?= ==

38 流体流动中的阻力损失

38 流体流动中的阻力损失。 流体在运动过程中，由于流体的分子之间摩擦产生阻力，同时，流体与管道或容器之间的摩擦也产生阻力，所以当流体在流动时总是要产生压力降，若水输送时，到用户点压力总要比原先送出的压力来得低。 流体运动中所产生的阻力损失，简称为压力降，是与多种因素有关，即与流体本身的重度、数量、流经管道或设备的截面，长度及形状等有关。 阻力损失?P 分为两种类型，一种为直线管路上的阻力损失(?P1)另一种是流经不同截面及方向改变时造成的局部阻力损失(?P2)。 ?P=?P1十?P2 39 直线管道上的阻力损失。 直线管道内的压力降计算公式如下： ?P1= g V D L 22???γλ 其中：?P1直管段阻力损失(毫米水柱) λ：阻力系数，不同材质的管道阻力系数不同 γ重度(公斤／米3) L ：管道的长度(米) D ：管道的直径{米} v ：流速(米／秒) g ：重力加速度9．81米/秒2

由上述可知道： 1．当管道内壁越粗糙，则阻损就越大，管道内壁越是光滑，阻损越小。 2．流经长度越是长，那未阻损就大。 3．流通的截面越小．则阻损越大。 4．当管道内流体比重越大，则阻损越大，如同样管道内流过同等数量的焦炉煤气，发生炉煤气和液化石油气则其阻损是液化石油气，发生炉煤气，焦炉煤气。 5．当流速增大时，阻损则成平方比增长，如速度增加一倍，b a V V =2，则其阻损为4。 b a P P ??=4 40 什么叫局部阻力? 除上述在直线管道上阻损有此规律外，同时还因流体行经的管道(或设备)的方向和截面有变化时，产生的局部阻力大致有下列不同的型式： 1．管道截面的扩大或缩小(包括突然扩大与缩小，逐渐扩大与缩小)。 1 流经不同角度的弯头(不同角度的直角弯，园弧弯以及波形弯)。 3．不同的三通(同径或异径)。 4．流经流量孔板。

第4章 流动阻力和能量损失

第4章流动阻力和能量损失本章目录 4.1 沿程损失和局部损失 4.2 层流与湍流、雷诺数 4.3 圆管中的层流运动 4.4 湍流运动的特征和湍流阻力 4.5 尼古拉兹实验 4.6 工业管道湍流阻力系数的计算公式 4.7 非圆管的沿程损失 4.8 管道流动的局部损失 4.9 减少阻力的措施

§4.1 沿程损失和局部损失 §4.1.1 四个问题 为什么会产生能量损失？ 损失的能量到那里去了？ 能量损失如何体现出来？ 能量损失与那些因素有关？ 流体的粘性+流层相对运动→摩擦阻力（粘性切应力）； 摩擦阻力作功→发热散失→表现为机械能减小； 体现在总流能量方程中的水头损失； 能量损失与流动状态和流动的边界条件有关。 §4.1.2 能量损失的表示及分类 有二种表示方法： （1）液体：单位重量流体的能量表示，符号h w ，因次m （2）气体：单位体积内流体的能量表示，符号p w ，因次Pa 按照流动边界情况，分为沿程损失和局部损失。 g v d l h f 22 λ = §4.1.3 沿程损失 当边壁沿程无变化（边壁形状、尺寸、过流方向均无变化）的均匀流流段上，产生的流动阻力称为沿程阻力。由于沿程阻力作功而引起的能量损失称为沿程损失，以h f 表示。 沿程损失均匀分布在整个流段上，与流段的长度成比例。 §4.1.4 局部损失 由于局部阻力而引起的能量损失称为局部损失，以h j 表示。局部损失发生在管道的入口、异径管、弯管、三通、阀门等处。

§4.1.5总能量损失 总能量损失=沿程损失+局部损失 §4.1.6 能量损失的计算公式 （1）沿程损失h f 根据实验得出：沿程水头损失与管段长度、管径、流速、流体粘度、密度以及管壁粗糙度等因素有关。1858年，法国工程师达西（Darcy）在归纳总结前人实验的基础上提出了圆管沿程损失的计算公式： （2）局部损失h j 局部水头损失发生在局部区域，与水流状态和水流断面的几何形状相关。