流体力学 第四章 流动阻力和能量损失(第一次)
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第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中,不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失,而且也存在有各种各样的其它管件,如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等,当流体流过这些管道的局部区域时,流速大小和方向被迫急剧地发生改变,因而出现流体质点的撞击,产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用,流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换,从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失,其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中,既有沿程损失,又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样,而且十分复杂,因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
()()图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道,由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 ()所示,而且由于流体惯性的作用,流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面,而是在拐角的尖点处离开了壁面,出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张,直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用,使得一部分机械能不可逆的转换成热能,在流动过程中,不断地有微团被主流带走,同时也有微团补充到拐角区,这种流体微团的不断补充和带走,必然产生撞击、摩擦和质量交换,从而消耗一部分机械能。
另一方面,进入大管流体的流速必然重新分配,增加了流体的相对运动,并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9()给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲,流线会发生弯曲,流体在受到向心力的作用下,管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧,压强先增加而后减小,同时内侧的压强先减小后增加,这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述,碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在 1-2之间也存在沿程损失,一般来说,局部损失比沿程损失要大得多。