文档介绍：水力学
第四章水流阻力
齐洪亮
主要内容
水流阻力与水头损失的分类
液体流动的两种形态及判别
均匀流的基本方程
层流均匀流
紊流均匀流
紊流均匀流的计算公式及其沿程阻力系数
局部水头损失
短管的水力计算
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水流阻力与水头损失的分类
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问题:理想液体和实际液体的区别?
粘滞性
摩擦阻力
能量损失
水头损失
单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。
粘滞性及固壁边界条件变化产生漩涡引起
局部阻力
(急变流段)
局部水头损失hj
粘滞性及水和固壁相互作用引起
沿程阻力
(渐变流段)
沿程水头损失hf与流程成正比
均匀流:
两者不相互干扰时
Hf=JL
水流阻力与水头损失的分类
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hf 1
hf 2
hf 3
hf 4
进口
突然放大
突然缩小
弯管
闸门
流体运动的两种形态及判别
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水流阻力和水头损失的形成原因,除了与边界条件有关外,还与液体内部微观运动结构有关。
1883年提出:按照液体微观运动结构可以将液体的流态层流和紊流,提出以雷诺数判别流态。
雷诺: Reynolds (1842~1912), 英国力学家、物理学家和工程师,杰出实验科学家。
1867年-剑桥大学王后学院毕业
1868年-曼彻斯特欧文学院工程学教授
1877年-皇家学会会员
1888年-获皇家勋章 1905年-因健康原因退休
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雷诺实验
打开下游阀门,保持水箱水位稳定,测出流量Q,求出速度v。
再打开颜色水开关,则红色水流入管道,观测红色水流形态。
量测两测压管中的高差hf 。(重复第一、三步若干次)
建立水头损失hf 和管中流速v的试验关系。
Q
小
大
层流
紊流
过渡流
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雷诺实验结果分析
层流
C
D
A
B
E
紊流
v’C
Q由小变大
Q由大变小
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雷诺实验结果分析
层流过渡紊流
B
D
A
C
E
vC
v’C
~°
45°
下临界流速
上临界流速
层流
紊流
问题:能否用流速作为判断流态的标准?
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对同一种液体、在同一组实验中,可以用下临界流速作为液体流态判别的标准。当管径和液体种类发生变化时,下临界流速将发生变化。
引入雷诺数:无因次数,反映液体流动的惯性力和粘滞力的对比关系。
层流
紊流
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当液流边界横向轮廓的形状为非圆形时,如矩形、梯形等,仍可以用雷诺数作为判断流态的指标,但长度特征参数将发生变化,为水力半径R。
A:过水断面面积
x:过水断面的湿周,过水断面与固体边界接触的周界线。
对满流圆管
层流
紊流
b
h
对浅宽明渠(b远大于h)