水力学 第七章 流动阻力和能量损失
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两种液体阻力及能量损失形式一、引言在日常生活中,我们经常会遇到液体阻力和能量损失的现象,特别是在涉及流体力学的领域。
液体阻力是指液体流动过程中对物体运动的阻碍,而能量损失则是指由于液体阻力所引起的能量消耗。
这两种现象在工程、物理学和运动学等领域都具有重要的意义。
本文将介绍两种主要的液体阻力形式和能量损失形式,并探讨它们对物体运动和系统效率的影响。
二、两种液体阻力形式1. 粘滞阻力粘滞阻力是液体流动中最常见的一种形式。
液体的粘滞阻力是由于其内部的分子之间相互作用而产生的,当物体在液体中运动时,粘滞阻力将阻碍其运动,并使其速度减慢。
粘滞阻力的大小与液体的粘度有关,粘度越大,粘滞阻力也越大。
2. 惯性阻力惯性阻力是液体流动中的另一种重要形式。
惯性阻力是由于液体内部的流动速度不均匀而产生的,当物体在液体中高速运动时,惯性阻力会由于液体的流动速度产生较大的压力差,从而产生一个相对于流动方向的反作用力。
惯性阻力的大小与物体的速度和形状有关,速度越大,形状越流线型,惯性阻力也越大。
三、两种能量损失形式1. 粘性耗散粘性耗散是由于液体粘滞阻力引起的能量消耗。
当物体在液体中运动时,液体分子会因为相互摩擦而产生能量损失。
这种能量损失是由液体分子间摩擦产生的,因此与液体粘度和物体的运动速度有关。
粘性耗散会使得物体的动能转化为热能,从而引起能量的损失。
2. 惯性耗散惯性耗散是由于液体惯性阻力引起的能量消耗。
当物体在液体中高速运动时,液体的流动速度不均匀,从而产生了惯性阻力。
这种惯性阻力会导致能量的损失,使得物体的动能转化为其他形式的能量,比如声能等。
惯性耗散的大小与物体的速度和形状有关,速度越大,形状越流线型,惯性耗散也越大。
四、阻力和能量损失对物体运动的影响液体的阻力和能量损失对物体运动具有很大影响。
液体的阻力会对物体的速度和加速度产生影响。
粘滞阻力和惯性阻力都会使物体的速度减小,并且粘滞阻力对速度的减小影响更为显著。
流动阻力损失和沿程阻力损失的来源
流动阻力损失是油藏开发中流体流动过程中产生的能量损失,主
要是由于流体面上擦摩所产生的摩擦力。
它是由沿程变化的阻力和流量、流动状态及体积等参数所决定的。
流动阻力消耗的能量直接影响
着流体的流动特性,同时也是油层抽取工程中的主要成本之一。
沿程阻力损失是在实际油藏抽油工程中的管道中,流体经过的管
道内管壁上存在产生的阻力,这种力量在油藏抽油过程中更容易产生
阻力损失,高温环境中,流体比较多,石油产状也不容易受到温度变
化的影响。
因为管壁上产生的流体阻力较大,可能会降低流体流动能量,使得流动更加困难。
流动阻力损失和沿程阻力损失都会影响油藏开发中流体流动的过程,干扰油层开采与抽油的安全可靠运行。
针对沿程阻力损失,可以
采用一定的技术措施,如增加管壁的抗拉强度等来改善流体流动状态,提高油藏产油效率。
而流动阻力损失,可以根据实际油藏生产工艺改
进流动过程参数,减少腐蚀、冷凝、结垢等现象,提高油藏开采效率。
管内流动损失和阻力计算1.确定流体的性质:首先,需要确定流体的性质,例如密度、粘度等。
这些参数决定了流体的物理性质,进而影响流体在管道内的流动损失和阻力。
2.计算流速:在进行管内流动损失和阻力计算前,需要知道流体的流速。
流速可以通过流量和管道横截面积计算得到。
3.计算雷诺数:雷诺数是表征流体流动状态的关键参数,可以根据雷诺数来确定流动的类型。
雷诺数的计算公式为:Re=(ρ*V*D)/μ,其中,Re为雷诺数,ρ为流体的密度,V为流速,D为管道直径,μ为流体的粘度。
4.确定摩擦因子:摩擦因子是衡量管道内表面粗糙度对流体流动阻力的影响因素。
可以通过根据实际工程经验和摩擦因子图表来确定摩擦因子。
5.计算摩擦阻力:摩擦阻力是流体流动过程中由于粘性损失而产生的能量损失。
可以使用阻力系数和管道长度来计算摩擦阻力,公式为:∆P=f*(L/D)*(ρ*V^2/2),其中,∆P为摩擦阻力,f为摩擦因子,L为管道长度,D为管道直径,ρ为流体密度,V为流速。
6.计算局部阻力:局部阻力是指由于管道局部几何特征引起的能量损失,如弯头、阀门等。
可以根据局部阻力系数和流速平方来计算局部阻力,公式为:∆P=K*(ρ*V^2/2),其中,∆P为局部阻力,K为局部阻力系数,ρ为流体密度,V为流速。
7.累计流动损失:最后,可以将摩擦阻力和局部阻力的损失累加起来,得到流体在管道内流动过程中的总的流动损失和阻力。
综上所述,管内流动损失和阻力计算是通过计算摩擦阻力和局部阻力并累加得到的。
准确计算流动损失和阻力可以帮助工程师优化管道设计和流体输送系统,提高能源利用效率,降低运行成本。
工程流体力学闻德课后习题答案 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)2410m/s 1.27m/s 0.11000Q v A π⨯===⨯⨯ 621.51910m /s ν-=⨯ (t = 5℃)61.270.183********.51910ν-⨯===>⨯vd Re ,为湍流 (2)2410m/s 1.50m/s π0.1850Q v A ⨯===⨯⨯ 21.14cm /s ν=15010131620001.14ν⨯===<vd Re ,为层流7—2 有一管道,已知半径r 0 = 15 cm ,层流时水力坡度J = 0.15,湍流时水力坡度J =0.20,试求两种流态时管壁处的切应力0τ和离管轴r =10 cm 处的切应力τ。
(水的密度ρ=1000kg/m 3)。
解:(1)层流时,300.159.8100.15Pa 110.252gRJ τρ==⨯⨯⨯=Pa 00r r ττ=,110.250.1Pa 73.50Pa 0.15τ⨯== (2)湍流时,300.159.8100.20Pa 147Pa 2gRJ τρ==⨯⨯⨯= 00r r ττ=,1470.1Pa 98Pa 0.15τ⨯== 7—3 设有一恒定均匀有压圆管管流,如图所示。
现欲一次测得半径为r 0的圆管层流中的断面平均流速v ,试求毕托管端头应放在圆管中离管轴的径距r 。
解:2220()432gJ gJ u r r v d ρρμμ=-== 2220011()48r r r -=00.707r r ==7—4 明渠二维均匀层流流动如图所示。
若忽略空气阻力,sin J θ=,试证明切应力()g h y J τρ=-,流速(2)2J u gy h y ρμ=-,最大流速2max 2J u g h ρμ=,平均流速v = max 23u ;因水力半径R = h ,若令24λ=h Re ,ρμ=h vh Re ,则2f 42λ=l v h R g。
流动阻力和能量损失(总分:15.00,做题时间:90分钟)一、(总题数:15,分数:15.00)1.运动边界层厚度由( )参数确定。
A.Re B.v C.u D.ρ(分数:1.00)A. √B.C.D.解析:2.一个大气压下20℃的空气平行流过平板,速度为3.5m/s。
利用布拉修斯精确解,求x=1m处的边界层厚度和局部表面摩擦系数为( )。
A.δ=0.961cm,c f=1.344×10-3 B.δ=1.035cm,c f=1.37×10-3C.δ=1.035cm,c f=1.55×10-3 D.δ=0.961cm,c f=1.481×10-3(分数:1.00)A.B. √C.D.解析:3.水管直径d=50mm,长度/=10m,在水温t=20℃,动力黏滞系数μ=1.005℃ 10-3Pa·s,流量q=10L/s时的水头损失h f=7.5m,管壁材料的当量糙粒高度 K=( )。
A.0.1mm B.0.2mm C.0.3mm D.0.4mm(分数:1.00)A.B. √C.D.解析:4.如图所示,油的流量Q=20cm3/s,通过直径为5mm的细管,在长为1.8m的管段两端接水银压差计。
压差计读数h=5cm,油的重度γ=8.5kN/m3,水银的重度γ=133.38kN/m3,则油的沿程损失系数为( )。
A.0.0355 B.0.0331 C.0.0385 D.0.0334(分数:1.00)A.B.C. √D.解析:5.沿程阻力系数λ由密度ρ、动力黏性系数μ绝对粗糙度△、管道直径d、流速v组成的下列表达式不正确的是( )。
(分数:1.00)A.B.C.D. √解析:6.假设边界层中的速度分布有如下形式根据边界条件上述表达式应为( )。
(分数:1.00)A. √B.C.D.解析:7.标准大气压下350K的空气(v=20.76×10-6m2/s)流经一光滑平板,速度为 12m/s。