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1、第13次课年月日章题目第5章流淌阻力和水头损失方式课堂模块流淌阻力方法重点内容学习法单元非圆质面阻力计算、边界层理论及粘性流 体的不匀称流淌手段多媒体基本要求把握非圆截面阻力损失计算特点；了解边界层概念、边界层分别和绕流 阻力；把握粘性流体不匀称流淌中的阻力损失计算及阻力损失计算的叠 加原则。重点粘性流体不匀称流淌中的各种阻 力计算；能量损失叠加原则难点局部阻力分析、边界层理论内容拓展实际流淌中边界层分班和绕流，口力试验现象录像参考教材1、张也影.流体力学.北京：高等教育出版社，19992、徐文娟.工程流体力学3、禹华谦.工程流体力学（水利学）.成都：西南交通高校出版社，19994、莫乃榕，工
2、程流体力学，华中科技高校出版社，20005、程 军、赵毅山.流体力学学习方法及解题指导.上海：同济高校出 版社，2004作业习题 5455 思索题 58、59、510提问：1、尼古拉茨试验曲线分为哪几个区;2、工业管路计算沿程阻力损失的步骤；上次课内容回顾及本次课内导出：5.7非圆形截面匀称紊流的阻力计算实际工程中流体流淌的管道不肯定是圆形截面，例如大多数通风管道为矩形截面, 矿井中的回风巷道也是非圆形截面。两种方法：一是采用原有公式（达西公式），dde.二是用蔡西公式计算。一、采用原有公式计算圆形截面的特征长度：直径d非圆形截面的特征长度：水力半径R。如d 24 A布满流体的圆管的直径：d
3、= - = - = 4Rd X非圆形管道的当量直径4：d,= = 4RX留意：应用4计算非圆管的z是近似的方法，并不适用于全部状况。 二、用蔡西公式计算,0 I V2l V2 I 1 Q2 Q1Ih = 4 = = =/ d 2g 4R 2g 迎 R A2c2RA1T令/RA?=a,则 hf =kQ = k杵=kW：场兽=C瓜蔡西公式（ 1775）,它在管路、渠道等工程计算中得到广泛应用式中c一一蔡西系数,k流量模数，k = cAyR 例5.7.1长 = 30m,截面积A =0.3x0.5m 2的镀锌钢板制成的矩形风道，风速 v = 14ms,风温度f = 20C,试求沿程损失与。若风道入口截
4、面1处的风压 p1 = 980.6Nm2 而风道出口截面2比入口位置高Iom,求2处风压p?二?解：风道的当量直径4a h 4 0.3 0.5_ _=0.375 m 2(a + b) 2 (0.3+ 0.5) = 20C时，空气的运动粘度U = L57xl()Tm2sC vd14x0.375 、”土2 0.15Re =，=r = 334395 500紊流=1.57 10-5de 375查莫迪图可得到4 = 0.0176hf0.0176 300.3751422x9.8=14.1m气柱查表，空气，=20 C时，密度夕= 1.205kgP,贝IJP2 = Ppg。- ZJ-Pghf=980.6 -1
5、.205 9.806 10-1.205 9.8 14.1 =696Nm25.8 边界层理论基础在分析流体流淌状态时已知，随R, T,粘性对流体的作用J ,惯性对流体的作用T。 当R, T到使粘性的作用可以忽视时，流体将接近抱负流体。&很大的实际流体绕固体 匀称流淌时.，在固体后部将产生旋涡区，而抱负流体的匀称流淌则无此区。举实例:飞机机翼、汽车、船舶航行、高尔夫球在空中滑行、建筑物迎风、一、边界层的基本概念各基本概念结合下图解释。边界层中流淌的雷诺数二、边界层分别图圆管突然扩大图5.9 粘性流体的不匀称流淌生产实践中,由于条件限制常使管道转折;由于生产需要不同也常使管道断面转变; 为了便于掌握
6、和调整,在管道中均装有髀门等特殊装置。局部装置一局部阻力，缘由：流淌方向或过水断面有转变，产生旋涡、撞击，进而 使流体内部结构进行再调整。本节争论方法：对圆管管径突然扩大处 局部阻力加以争论，其它类型的局部阻力， 则用相仿的阅历公式或试验方法处理。一、圆管突然扩大处的局部损失突然扩大：流体从小的过水断面突然进 入大的过水断面，如图所示。这时，流体不 是沿着圆管边界流淌，由于惯性和边界层的 分别作用，在扩大区将形成绕管轴环状的旋 涡区，由于主流的粘性作用，将带动该区旋 转和质量交换，引起能量损失。取过水断面I、II,水平基准面0 0,列两断面的伯努利方程（设 %=4=1） 224+乙+上=小良+
7、工+ 4Y 2g 2g于是局部阻力损失为%=（4+且）-仁+良）+=/y 2g由于在力时间内，从断面I到断面II,流速由匕一匕，依据动量定理得plAl -p2A2 + p1 （A2 -A1） + 42cos7 = p（v2 -vl）由于cos = z-Z2, G = A2V2,再依据连续性方程匕=，匕，代入上式得y =(1-A)2.2k74 2gv 令M=（I）2,则hj=Ta22g式中 1一一圆管突然扩大的局部阻力系数。-一包尔达一卡尔那公式，AV 2如令=（-1） 2,贝IJ得h-i 2g式中Q亦称为局部阻力系数。二、局部损失计算的一般公式2通用计算公式为hj=-J 2g式中4一一局部阻力
8、系数，与局部装置类型有关；V一一平均速度，一般应取产生局部损失部位以后的缓变流断面上的流速。在工程实践中，为了便于计算，常采纳当量管长的概念,，当量管长一一局部损失相 当于某始终管段的沿程损失的相当长度，用/,表示，则式可以改为. V2 1 le V2hi = = J 2g d 2g式中Ie当量管长。三、能量损失叠加原则工程实际中的管路，总损失w 2 7 t, 2 tn , 2he = Yhf+Yhj=Z 且.工+y,.上g 乙/乙 J 4 2g 2g计算任意一条管路能量损失的基本方程，体现了能量损失的叠加原则为削减局部损失，在管路设计中，就要尽量削减局部装置。如在矿井通风网路设计 中明确提出
9、要求:尽量避开大小巷道相连接（特殊是突然扩大或缩小）,不要拐90 的弯 道等:在选矿厂的矿浆管路设计中,管道拐弯都要求极为平缓,否则矿砂将在这些地方 沉积下来堵塞管道。例 龄水管舒某处直径4 =IOOmm,突然扩大为出=200 mm,若己知通过流量 Q = 90nh,问经过此处损失了多少水头？ 解：由于90904 = 2 = 360 = 3.184ms彩=义=-3600 = o.796ms4 -0.124 -0.2244得/ 妞工（3.184一.796）2=。29用水柱J 2g29.8例采矿用水枪, 出口流速为50ms,问经过水枪喷嘴时的水头损失为多少？解：由表查得，流经水枪喷嘴的局部阻力系数
10、7=0.06,故其水头损失为v2502/?. = = 0.06x = 7.65m 水柱J 2g 29.8例 某厂自高位水池加装一条管路,向一个新建的居民点供水,已知：/7 = 40m,管长 Z = 500m,管径d = 50mm,用一般镀锌管（/ = 0.4mm）。问在平均温度20 C时，这条 管路在一个昼夜中能供应多少水量？解：选水池水面为基准面。一0,并取过水断面11、22,由伯努利方程得”+区+江=旦+虹+卫2+5或y 2g-2g由于 v1 = v2 0 , 所以查表得：进口处 ld = 20d = 20 0.05 = 1 m90 弯管 ld = 30J = 300.05 = 1.5m9
11、0 圆弯 j = 4J = 4 0.05 = 0.2 m 闸阀Ill =15J = 150.05 = 0.75 m出口处ld = 40J = 40 0.05 = 2 m4( + ,)d故 Ele =1 + 1.5+0.2+0.75+2=5.45m 代入上式得V2 2505.45/2g 605-X 29.8因/4 = 0.4/50 = 0.008,设在过渡区，并从莫迪图中相应位置暂取4=0.036,代 入上式得I 2gdH I 29.80.0540，V = -r=一7 = J7; = 1.468 m/s( + J Y 0.036 (500 + 5.45)Revd _ 146.85 0.01007=72889=-21g+ 3.7d左端=J =5.270.036右端=-21g0.42.51k3.750 + 728890.036= 5.26左右两端几乎相等，故所选的；I =0.036是合适的。总的水头损失V2 0.036 5()5.452g0.051.46822x9.8=40 m水柱昼夜供水量Q = 24X3600Av = 243600-0.052 X 1.468 = 249m3/h4作业:54、55思索题：5-8.非圆形截面匀称紊流的阻力计算的方法；5-9.局部阻力损失计算的一般公式；如何推导圆管突然扩大处的局部损失;5-10.什么是能量损失叠加原则？
