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1、第四章层流和紊流液流阻力和水头损失第1页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.1 概述水头损失的成因与分类：液流阻力与水头损失的关系：水流损失的计算：第2页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.2 水头损失的分类一、一、沿程阻力和沿程损失沿程阻力和沿程损失1.1.沿程阻力沿程阻力:在边界的几何形状和尺寸沿程不变或缓变的情况下，在边界的几何形状和尺寸沿程不变或缓变的情况下，流体的内部以及流体与固体边界之间存在沿程不变的内摩擦力。流体的内部以及流体与固体边界之间存在沿程不变的内摩擦力。2.2.沿程损失：由于沿程阻力作功引起的水头损失，用表示。沿程损失：由
2、于沿程阻力作功引起的水头损失，用表示。二、局部阻力和局部损失二、局部阻力和局部损失 1.1.局部阻力局部阻力:流体流经固体边界急剧改变的区域时，流速大小、流体流经固体边界急剧改变的区域时，流速大小、方向迅速改变，流动急剧调整产生的流动阻力。方向迅速改变，流动急剧调整产生的流动阻力。2.局部损失局部损失:流体克服这种局部阻力而产生的水头损失，用流体克服这种局部阻力而产生的水头损失，用 表示。表示。第3页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流雷诺实验：第4页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和
3、紊流沿程水头损失 和平均流速 的关系：第5页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流沿程水头损失 和平均流速 的关系：层流：层流：紊流：紊流：第6页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流流态的判别雷诺（Reynolds）数：第7页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流雷诺（Reynolds）数的物理意义：水流的惯性力与黏滞力之比特征流速特征流速特征长度特征长度运动黏滞系数运动黏滞系数第8页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和
4、水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流非圆管流的雷诺（Reynolds）数：第9页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流水力要素水力要素1湿周：过流截面与固体边界相接触的线段长度，用表示（实线）。湿周的大小在一定程度上反映了流动阻力的大小，在过流截面面积相同的条件下，湿周越长，流动阻力越大。2水力半径：过流截面面积与对应湿周的比值，用表示。圆管圆管第10页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.3 液体运动的两种流态层流和紊流 3当量直径:当非圆管流与某一圆管流的过流能力相当时，即两者的水力半径相同时，圆管的直径为
5、非圆管流的当量直径，用 表示。对于非圆管流动，其下临界雷诺数为若采用水力半径来定义雷诺数，则第11页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.4 均匀流基本方程切应力与沿程损失的关系 第12页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.4 均匀流基本方程切应力与沿程损失的关系 第13页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.4 均匀流基本方程摩阻流速 第14页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.4 均匀流基本方程切应力的分布 第15页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动圆管均匀层流
6、流速分布流速分布 第16页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动圆管均匀层流流量流量 哈根泊肃叶定律：哈根泊肃叶定律：第17页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动圆管均匀层流断面平均流速断面平均流速 第18页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动圆管均匀层流沿程损失沿程损失hf及沿程水头损失系数及沿程水头损失系数 理论验证了雷诺实验结果理论验证了雷诺实验结果第19页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动圆管均匀层流沿程损失沿程损失hf及沿程水头损失系数及沿程
7、水头损失系数 第20页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动圆管均匀层流动能校正系数动能校正系数 和动量校正系数和动量校正系数 第21页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动二元明渠均匀层流流速分布流速分布 第22页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动二元明渠均匀层流流速分布流速分布 第23页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动二元明渠均匀层流流量和断面平均流速流量和断面平均流速 单宽流量单宽流量第24页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头
8、损失4.5 层流运动二元明渠均匀层流沿程水头损失沿程水头损失 第25页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动沿程水头损失的一般公式 达西达西-威斯巴赫（威斯巴赫（Darcy-Weisbach)Darcy-Weisbach)公式公式第26页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动摩阻流速 第27页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.5 层流运动例4.1 第28页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流的脉动现象和时均概念紊流的特点(1)有涡性(2)不规则性(3)扩散性(4
9、)三元性(5)耗能性(6)连续性 第29页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流的脉动现象和时均概念 激光流速仪激光流速仪第30页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流的脉动现象和时均概念 时均恒定时均恒定时均非恒定时均非恒定第31页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流切应力 普朗特混合长理论普朗特混合长理论紊流的动量传递理论和掺长紊流的动量传递理论和掺长第32页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流切应力 质量质量动量动量冲量冲量第33页，
10、此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流切应力 假设动量交换经过一定距离后假设动量交换经过一定距离后一次完成一次完成假设脉动流速与时均流速差成假设脉动流速与时均流速差成比例比例.第34页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流切应力 第35页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流的黏性底层 第36页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流运动紊流的水力光滑与水力粗糙 绝对粗糙度绝对粗糙度相对粗糙度相对粗糙度水力光滑面水力光滑面水力过渡粗糙面水力过渡粗糙面水力粗
11、糙面水力粗糙面第37页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布对数流速分布 第38页，此课件共55页哦对数流速分布 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布第39页，此课件共55页哦对数流速分布 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布光滑管光滑管粗糙管粗糙管第40页，此课件共55页哦指数流速分布 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布例例4.2,4.2,例例4.34.3第41页，此课件共55页哦黏性底层的厚度 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布第42页，此课件共55页
12、哦黏性底层的厚度 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布第43页，此课件共55页哦黏性底层的厚度 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布理论厚度理论厚度第44页，此课件共55页哦黏性底层的厚度 第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.7 紊流的流速分布黏性底层黏性底层过渡层过渡层紊流核心紊流核心第45页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.9 尼古拉兹试验第46页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.9 尼古拉兹试验第47页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.10 谢才公式第48页
13、，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失第49页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失S方向的压力：A1上的压力，p1A1；A2上的压力，p2A2；A2 A1，p1（A2A1）重力，摩擦阻力不计 第50页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失S方向的压力：A1上的压力，p1A1；A2上的压力，p2A2；A2 A1，p1（A2A1）重力，摩擦阻力不计 第51页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失第52页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失第53页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失第54页，此课件共55页哦第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失4.11 局部水头损失例例4.54.5（两个）（两个）第55页，此课件共55页哦