北工大水力学课件7.pdf

第七章 流动阻力和能量损失 § 流体的两种流动形态——层流和湍流 7—1 § 恒定均匀流基本方程 沿程损失的表示式 7—2 • § 层流沿程损失的分析和计算 7—3 § 湍流理论基础 7—4 § 湍流沿程损失的分析和计算 7—5 § 局部损失的分析和计算 7—6 第七章 流动阻力和能量损失 7-0 水流阻力与水头损失 产生流动阻力（drag）和能量损失的根源：流体的粘性和紊动。 1、沿程阻力和沿程水头损失 沿程阻力（Frictional Drag）：当限制流动的固体边界使流体作均匀流动时，流 动阻力只有沿程不变的切应力形成的阻力。 沿程水头损失（Frictional Head Loss）：由沿程阻力作功而引起的水头损失。 沿程水头损失h ：主要由于“摩擦阻力（frication drag ）”所引起的，随流程的增 f 加而增加。 在较长的直管道和明渠中是以h 为主的流动。 f 7-0 水流阻力与水头损失 2、局部阻力和局部水头损失 局部阻力（Local Resistance）：液流因固体边界急剧改变而引起速度分布的变化， 从而产生的阻力称为局部阻力。 局部水头损失（Local Head Loss）：由局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水 头损失。 局部阻力水头损失hj ：主要是因为固体边界形状突然改变，从而引起水流 内部结构 遭受破坏，产生漩涡，以及在局部阻力之后，水流还要重新调整结构以适应新的均匀流 条件所造成的。 例“弯头”，“闸门”，“突然扩大” 等。 3、水头损失的叠加原理 流段两截面间的水头损失为两截面间的所有沿 程损失和所有局部损失的总和。 n m h h + h ω ∑ fi ∑ jk i 1 k 1 式中：n——等截面的段数； m——局部阻力个数。 7-0 水流阻力与水头损失 7-1 流体的两种流动形态——层流和湍流 7-1-1 雷诺（Reynolds）实验•层流和湍流 一、两种流态(flow regime)的运动特征 1、层流（Laminar Flow），亦称片流： 流体质点作有条不紊的线状运动，彼此互不混掺的流动。 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 1 次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数 Re 较小时发生。 7-1 流体的两种流动形态——层流和湍流 2、紊流（Turbulent） ，亦称湍流： 流体质点在流动过程中彼此互相混掺的流动。 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）湍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 Re 较大时发生。 7-1 流体的两种流动形态——层流和湍流 二、雷诺实验 h f 颜色细流 实验曲线分为三部分： lghf lg hf lg k +m lg υ D （1）AE段 ：当v vcr 时，流动为稳定的层流， hf kυ