工程流体力学第6节流动阻力跟能量损失资料精

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故为紊流 （2）200013141014.1)1.0(48501.010Re 42<=⨯⨯⨯⨯⨯=-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--⨯= 因为层流的最大流量为32Kg/h 所以200Kg/h 为紊流。

4.水流经过一渐扩管，如小断面的直径为1d ，大断面的直径为2d ，而212=d d ，试问哪个断面雷诺数大？这两个断面的雷诺数的比值21Re Re 是多少？解：2211A v A v Q ==；4)(2122121===d d A A v v 故直径为1d 的雷诺数大5.有一蒸汽冷凝器，内有250根平行的黄铜管，通过的冷却水总流量为8L/s ，水温为10℃，为了使黄铜管内冷却水保持为紊流（紊流时黄铜管的热交换性能比层流好），问黄铜管的直径不得超过多少？解：0℃时,水的运动粘滞系数υ=1.31×10−6m 2/s 要使冷却水保持紊流,则4000Re ≥ 即：mm d 76.7≤若最小Re 取2000时，mm d 6.15≤6.设圆管直径mm d 200=，管长m L 1000=，输送石油的流量s L Q /40=运动粘滞系数26.1cm =υ，求沿程水头损失。

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实验结果（图6-2）的数学表达式层流：m1=1.0, h f=k1v , 即沿程⽔头损失与流线的⼀次⽅成正⽐。