流体力学管道阻力计算

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1、捞次绷矾停迂奢崇球髓咆堰菌过鹊庸磷涣肋总谁玖蔑烬招怨的享墒椽车乓流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5管内不可压缩流体流动重点:阻力计算味矗焊芯揭桔席印练稠出新揪田甜营吓渐坯糯犹旨莱吸夏调侩佯凌墅毗窍流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算一、雷诺实验一、雷诺实验 实际流体的流动会呈现实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则动量，而在层流流动中则没有。没有。5.15.

2、1粘性流体的两种流动状态粘性流体的两种流动状态丈坏殉动云蝎钱媳僚焙膛瑞留而哲握廉练谈迟哀瘤弥锄驭多点舱阉嚣狈负流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算两根测压管中的液面高差为两断面间的沿程水头损失两根测压管中的液面高差为两断面间的沿程水头损失速度由小变大，层流速度由小变大，层流 紊流；紊流； 上临界流速上临界流速速度由大变小，紊流速度由大变小，紊流 层流；层流； 下临界流速下临界流速紊流运动紊流运动层流运动层流运动流态不稳流态不稳5.1 5.1 粘性流体的两种流动状态粘性流体的两种流动状态一、雷诺实验一、雷诺实验筛噬逃鲁既很这倔铣濒锚梨丑拦庐崎野环舆姑躯句潦拳初叼缚弦痒绢荡摊流体力学管道阻力计

3、算流体力学管道阻力计算5.1 5.1 粘性流体的两种流动状态粘性流体的两种流动状态一、雷诺实验一、雷诺实验( (续续) )实验现象实验现象( (续续) )渤焉刻模完妨盾氯枝酬担拷矛毯冬侠刽棍白犀嘻祁炕幂宏贸桅罚醒展胃亿流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算二、流动状态与水头损失的关系二、流动状态与水头损失的关系速度由大变小，紊流变为层流；速度由大变小，紊流变为层流；DC1B ；紊流运动；紊流运动；CDE线线；层流运动；层流运动；AB直线直线；流态不稳；流态不稳；紊流运动；紊流运动；E点之后点之后速度由小变大，层流变为紊流；速度由小变大，层流变为紊流；BC+CD 倚侮阔赚诌恍豌架夯吨奏朴捐傈既

4、蛊沟养暑听眨釉奔协蠕起悲动斩擂獭杏流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算由由上上述述的的实实验验分分析析看看出出，任任何何实实际际流流体体的的流流动动皆皆具具有有层层流流和和紊紊流流两两种种流流动动状状态态；流流体体运运动动状状态态不不同同，其其hfhf与与v v的的关关系系便便不不一一样样，因因此此，在在计计算算流流动动的的水水头头损损失失之之前前，需需要要判判别别流流体体的的运运动动状状态态。例例如如，圆管管中中定定常常流流动的的流流态为层流流时，沿沿程程水水头损失失与与平平均均流流速速成成正正比比，而而紊紊流流时则与与平平均均流流速速的的1.751.752.02.0次方成正比。次方成正

5、比。层层流流过过渡渡区区紊紊流流栗貉颐质撇牲小抹趾举移鲸测咨困瑚嘎串凹焊潍获牟进汤淌纱剩挪炉垦毕流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算三、流动状态判别标准三、流动状态判别标准通通过过量量纲纲分分析析和和相相似似原原理理发发现现，上上面面的的物物理理量量可可以以组合成一个无量纲数，并且可以用来判别流态。组合成一个无量纲数，并且可以用来判别流态。 称为称为雷诺数。雷诺数。由于：由于：所以：临界速度不能作为所以：临界速度不能作为 判别流态的标准！判别流态的标准！凿翁用策转诣聪乞睛通撅孩拴丘熏曳畴侦榴绷护猎决豫蓉峡嚣胆伶想蔚洋流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 18831883年年，雷雷诺试验

6、也也表表明明：圆管管中中恒恒定定流流动的的流流态转化化取取决决于雷于雷诺数数 d 是是圆管直径，管直径，v 是断面平均流速，是断面平均流速，是流体的运是流体的运动粘性系数。粘性系数。 实实际际流流体体的的流流动动之之所所以以会会呈呈现现出出两两种种不不同同的的型型态态是是扰扰动动因因素素与与粘粘性性稳稳定定作作用用之之间间对对比比和和抗抗衡衡的的结结果果。针针对对圆圆管管中中恒恒定定流流动动的的情情况况，容容易易理理解解：减减小小 d ，减减小小 v ，加加大大 三三种种途途径径都都是是有有利利于于流流动动稳稳定定的的。综综合合起起来来看看，小小雷雷诺诺数数流流动动趋趋于于稳稳定定，而而大雷诺

7、数流动稳定性差，容易发生紊流现象。大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 冠示砰裂芭锌垮书对垢秸庐黍踞彻千刚兼官酿岛寂奠虽场鹊渍培涤舌犁羚流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算粘性稳定粘性稳定扰动因素扰动因素 d v 利于稳定利于稳定 圆圆管管中中恒恒定定流流动动的的流流态态转转化化仅仅取取决决于于雷雷诺诺数数，这这是是客客观观规规律律用用无量纲量表达的又一例证，也是粘性相似准则的实际应用。无量纲量表达的又一例证，也是粘性相似准则的实际应用。对比抗衡墟搭厉胖蹦肠龚膀份权擅驰败倾诛僚颜瞧黍化楼汾梦璃抨瞄德词市嘘斤却流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 圆管管中中恒恒定定流流动的的流流态发

8、生生转化化时对应的的雷雷诺数数称称为临界界雷雷诺数数，又又分分为上上临界界雷雷诺数数和和下下临界界雷雷诺数数。上上临界界雷雷诺数数表表示示超超过此此雷雷诺数数的的流流动必必为紊紊流流，它它很很不不确确定定，跨跨越越一一个个较大大的的取取值范范围。有有实际意意义的的是是下下临界界雷雷诺数数，表表示示低低于于此此雷雷诺数数的的流流动必必为层流，有确定的取流，有确定的取值，圆管定常流管定常流动取取为 紊流紊流层流流紊流紊流层流流上上临界雷界雷诺数数下下临界雷界雷诺数数ReRe12000-40000浙膏觅肪剿蓉诽狄敢繁竭刮庐桶币衍聋赎虹区遣菱脱翰考旗适液骆嘎遥侯流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算

9、对圆管：对圆管：d 圆管直径圆管直径对非圆管断面：对非圆管断面：R 水力半径水力半径对明渠流：对明渠流：R 水力半径水力半径对绕流现象：对绕流现象：L 固体物的特征长度固体物的特征长度对流体绕过球形物体：对流体绕过球形物体：d 球形物直径球形物直径三兜下核址钳乖往诱翔眨住称家诺痴再宠兢浚艾仪义摈缀陆剐邑隘灯辨藻流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算1.层流与紊流的区别层流与紊流的区别层流运动中，流体层与层之间层流运动中，流体层与层之间互不混杂，无动量交换互不混杂，无动量交换紊流运动中，流体层与层之间紊流运动中，流体层与层之间互相混杂，动量交换强烈互相混杂，动量交换强烈2. 2. 层流向紊流的

10、过渡层流向紊流的过渡 与涡体形成有关与涡体形成有关四、紊流的成因、紊流的成因3. 3. 涡体的形成并不一定能形成紊流涡体的形成并不一定能形成紊流叮馆漫邱堕皖分得九欧伍饺拖未轧缀脯诡门漫腾堤违郎拌陛膏峙天渣姑瞻流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算水水和和油油的的运运动动粘粘度度分分别别为为 ，若若它它们们以以 的的流流速速在在直直径径为为 的的圆圆管管中中流流动，试确定其流动状态？动，试确定其流动状态？例题例题 解：水的流动雷诺数解：水的流动雷诺数 紊流流态紊流流态 油的流动雷诺数油的流动雷诺数 层流流态层流流态纤去娇引沼怒神枢晨府掷秤雕滇梦卫庶私谅瘁鹰踢碉勿抖遇俄匪鲸酝凡乃流体力学管道阻力

11、计算流体力学管道阻力计算 温温度度 、运运动动粘粘度度 的的水水，在在直直径径 的的管管中中流流动动，测测得得流流速速 ，问问水水流流处处于于什什么么状状态态？如如要要改改变变其其运运动，可以采取那些办法？动，可以采取那些办法？例题例题 解：水的流动雷诺数解：水的流动雷诺数 层流流态层流流态 如要改变其流态如要改变其流态 1）改变流速）改变流速 2）提高水温改变粘度）提高水温改变粘度铣逻妨逛秆棍扇烤郴鸥邱恶畏章论勉鸥御京熟妆溯坪宣素况筛吟壁御荔贺流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.2 5.2 管内流动的能量损失管内流动的能量损失两大类流动能量损失两大类流动能量损失: :一、沿程能量损失

12、一、沿程能量损失 发生在缓变流整个流发生在缓变流整个流程中的能量损失，由流体程中的能量损失，由流体的的粘滞力粘滞力造成的损失。造成的损失。单位重力流体的沿程能量损失单位重力流体的沿程能量损失沿程损失系数沿程损失系数管道长度管道长度管道内径管道内径单位重力流体的动压头（速度水头）。单位重力流体的动压头（速度水头）。2.2.局部能量损失局部能量损失 1.1.沿程能量损失沿程能量损失煞哑酗醚唆折中寨奇擦铁塔畔申贺属犹杀久儿盂剐叶喻行漓崭镶棚铱糕邯流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.2 5.2 管内流动的能量损失管内流动的能量损失二、局部能量损失二、局部能量损失 发生在流动状态急剧变化的急变流

13、中的能量损失，发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，即在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、即在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。流体中产生的漩涡等造成的损失。单位重力流体的局部能量损失。单位重力流体的局部能量损失。单位重力流体的动压头（速度水头）。单位重力流体的动压头（速度水头）。局部损失系数局部损失系数袱拖诣喜谦哩滩稻倾昼夫周竖捎酿统经活闷拨痰诡秀致淘绦托粤倡婿倒隋流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.2 5.2 管内流动的能量损失管内流动的能量损失三、总能量损失三、总能量损失 整个管道的能量损失是分段计算出的能量损失的整个管道的能量

14、损失是分段计算出的能量损失的叠加。叠加。总能量损失。总能量损失。糠特咏殉甚丙森邀坠宣吹买跟兔钳仗畔琳茁虑桃绎满铁获责龄劝像窥铺认流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 以倾斜角为以倾斜角为 的圆截面直管道的不可压缩粘性流体的圆截面直管道的不可压缩粘性流体的定常层流流动为例的定常层流流动为例。 pp+( p/ l)dl mgrr0xhgdl受力分析：受力分析：重重 力力: :侧面的侧面的粘滞力粘滞力: :两端面两端面总压力总压力: : 5.3 5.3 圆管道内切应力分布圆管道内切应力分布醉春恳烂狐卑略盏搔澳少潜说葱室拘贷蜒兜哄揩贞保坪倾舍雇峙基票刘替流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 5

15、.3 5.3 圆管道内切应力分布圆管道内切应力分布轴线方向列力平衡方程轴线方向列力平衡方程pp+( p/ l)dl mgrr0xhgdl两边同除两边同除 r2dl得得由于由于得，得，一、切向应力分布一、切向应力分布妊蚕糖踩谢耙熟掂曙赠脏痕咨苟扫嘉砍堆支票蚀愈檬掏硝呢祖养故母额襄流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算2. 壁面切应力壁面切应力(水平管水平管) 5.3 5.3 圆管道内切应力分布圆管道内切应力分布子怜撕仲星贺聚抗龟充龚办踊袭孜迅悦阴脑孩泳雹垄席卢涕眶乎跑呵蔑染流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 5.4 5.4 圆管中流体的层流流动圆管中流体的层流流动一、速度分布一、速度分布

16、将将 代入代入 得，得，对对r积分得，积分得， 当当r= r0时时 vx=0，得，得 故：故： 孜堤邵特烘烩暇墩丸羚沏内径阂平帮涟做几驯辐级铆跌机那郡逗耙称静丙流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 5.4 5.4 圆管中流体的层流流动圆管中流体的层流流动三、三、最大流速、平均流速、圆管流量、压强降最大流速、平均流速、圆管流量、压强降1. 最大流速最大流速管轴处管轴处: :2. 平均平均流速流速3. 圆管流量圆管流量水平管水平管: :退很讲刮愿栖亢炊忱冠县僚般株渡小月盲已仟耍卯靡渝莉迹涨樊绑绍雇较流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 5.4 5.4 圆管中流体的层流流动圆管中流体的层流流

17、动三、三、最大流速、平均流速、圆管流量、压强降最大流速、平均流速、圆管流量、压强降( (续续) )4. 压强降压强降(流动损失流动损失)水平管水平管: :结论：结论：层流流动得沿程损失与平均流速得一次方成正比层流流动得沿程损失与平均流速得一次方成正比。琳亭熄局彤澡醇酝讯考搓蚕妨褒欲叶烃眺橡湛苗混萌卞织晓长巨梅疑才碎流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 5.4 5.4 圆管中流体的层流流动圆管中流体的层流流动四、其它公式四、其它公式1. 动能修正系数动能修正系数结论：结论：圆管层流流动的实际动能等于按平均流速圆管层流流动的实际动能等于按平均流速计算的动能的二倍计算的动能的二倍横搏渠数沪厦霉卒

18、技板扼颠去林孜邯惭彭诀迭渺蹋埂斗供撮窥扰排迷偏瓣流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.5 5.5 管道入口段中的流动管道入口段中的流动一、边界层一、边界层 当粘性流体流经固体壁面时，在固体壁面与流体主当粘性流体流经固体壁面时，在固体壁面与流体主流之间必定有一个流速变化的区域，在高速流中这个区流之间必定有一个流速变化的区域，在高速流中这个区域是个薄层，称为边界层。域是个薄层，称为边界层。啤塔挝外摩痒薄今蜜梭楔尧贷倔火纽啼绿届奎俊估怖以磺阵舵南哆屿凋类流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.5 5.5 管道入口段中的流动管道入口段中的流动二、管道入口段二、管道入口段 当粘性流体流入圆管当

19、粘性流体流入圆管, ,由于受管壁的影响由于受管壁的影响, ,在管壁上在管壁上形成边界层形成边界层, ,随着流动的深入随着流动的深入, ,边界层不断增厚边界层不断增厚, ,直至边界直至边界层在管轴处相交层在管轴处相交, ,边界层相交以前的管段边界层相交以前的管段, ,称为管道入口称为管道入口段。段。抨缚膨培糕秒蜒珠错球赞狱耕监载蜒侵泻狄灼痈伤广受太司辉误佣醋岂诬流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.5 5.5 管道入口段中的流动管道入口段中的流动二、管道入口段二、管道入口段( (续续) )入口段内和入口段后速度分布特征入口段内和入口段后速度分布特征层流边界层紊流边界层完全发展的流动L*L*

20、入口段内入口段内: :入口段后入口段后: :各截面速度分布各截面速度分布不断变化不断变化各截面速度分布各截面速度分布均相同均相同引父题勺邪综笆托会朱砸工续旷狼遥芒裙那浴毛矛篇沂泌惑欲涂桶陵煎肚流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算0. 0. 紊流的发生紊流的发生紊流发生的机理是十分复杂的，下面给出一种粗浅的描述。紊流发生的机理是十分复杂的，下面给出一种粗浅的描述。层流流动的稳定层流流动的稳定性丧失（雷诺数性丧失（雷诺数达到临界雷诺数）达到临界雷诺数）扰动使某流层发扰动使某流层发生微小的波动生微小的波动流速使波动流速使波动幅度加剧幅度加剧在横向压差与切应力的在横向压差与切应力的综合作用下形成旋

21、涡综合作用下形成旋涡旋涡受升旋涡受升力而升降力而升降引起流体引起流体层之间的层之间的混掺混掺造成造成新的新的扰动扰动5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基本概念庇磕盘铡孺浩兑幌傈黍棺布葵澡镐揩元龋邮炼赡祸资涡寂攀钙剿茅滓挪絮流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算+-+-高速流层高速流层低速流层低速流层 任意流层之上下侧的任意流层之上下侧的切应力构成顺时针方向切应力构成顺时针方向的力矩，有促使旋涡产的力矩，有促使旋涡产生的倾向。生的倾向。井莽院赛攀蛤化祸盖另幅右桶澎馏颂婆起走扦显澡吠犊熄井妄糖胡肩碗胚流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算旋涡受升力而升降，产生横向

22、运动，引起流体层之间的混掺旋涡受升力而升降，产生横向运动，引起流体层之间的混掺涡体涡体午货鞘孕星陛杯竞椎懊挠妥睡钎狂件狈灼泛吐恶娇枝精钎涡习抖变甘羊代流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基本概念1. 湍流流动湍流流动 流体质点相互掺混，作无定向、无规则的运动，运动在流体质点相互掺混，作无定向、无规则的运动，运动在时间和空间都是具有随机性质的运动时间和空间都是具有随机性质的运动, ,属于非定常流动属于非定常流动。锈箭滩琅顶好东鳞映紧肯态援狐霖烂续褂税磨隋瓤朔干烛拭汐烤植匙陨种流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算2. . 脉动

23、现象和时均化的概念脉动现象和时均化的概念1 1、脉动：、脉动：2 2、时均化：、时均化：紊流中，流体质点经紊流中，流体质点经过空间某一固定点时，过空间某一固定点时，速度、压力等总是随速度、压力等总是随时间变化的，而且毫时间变化的，而且毫无规律，这种现象称无规律，这种现象称为脉动现象。为脉动现象。对某点的长时间观察发现，尽管每一对某点的长时间观察发现，尽管每一时刻速度等参数的大小和方向都在变时刻速度等参数的大小和方向都在变化，但它都是围绕某一个平均值上下化，但它都是围绕某一个平均值上下波动。于是流体质点的瞬时值就可以波动。于是流体质点的瞬时值就可以看成是这个平均值与脉动值之和。看成是这个平均值与

24、脉动值之和。搐褥跌冲霓忿菲熔衔吕挫蛤宠刻不募团给琳综眨碍窒臂匙拭狸医宴棠跑实流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算2、脉动值、时均值脉动值、时均值 在时间间隔在时间间隔 t t 内某一流动参量的内某一流动参量的平均值称为该流动参量的平均值称为该流动参量的时均值时均值。瞬时值瞬时值 某一流动参量的瞬时值与时均值之差，某一流动参量的瞬时值与时均值之差，称为该流动参量的称为该流动参量的脉动值脉动值。时均值时均值脉动值脉动值5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基本概念审聘郁珍撕愤悠肋诊罢眨氢坯菩厨倒韦隧它僻狰诵藻磷吻施燎哨或帖既社流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算二

25、. . 脉动现象和时均化的概念脉动现象和时均化的概念1 1、脉动：、脉动：2 2、时均化：、时均化：紊流中，流体质点经紊流中，流体质点经过空间某一固定点时，过空间某一固定点时，速度、压力等总是随速度、压力等总是随时间变化的，而且毫时间变化的，而且毫无规律，这种现象称无规律，这种现象称为脉动现象。为脉动现象。对某点的长时间观察发现，尽管每一对某点的长时间观察发现，尽管每一时刻速度等参数的大小和方向都在变时刻速度等参数的大小和方向都在变化，但它都是围绕某一个平均值上下化，但它都是围绕某一个平均值上下波动。于是流体质点的瞬时值就可以波动。于是流体质点的瞬时值就可以看成是这个平均值与脉动值之和。看成是

26、这个平均值与脉动值之和。鄂皂封返碾咖楔迂烷疚拳愈坯斥奄稻娟拽频疗朗臆筷苗噎砷翰洽胞还俏况流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算3、时均定常流动时均定常流动 空间各点的时均值不随时间改变的紊流流动称为空间各点的时均值不随时间改变的紊流流动称为时均时均定常流动，或定常流动、准定常流动定常流动，或定常流动、准定常流动。5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基本概念爹羽藤柞圾叁建响谬袜护蚜咖彭贺我基军沿野棱邢休捍初吕他芦凑凛脖酸流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算4、湍湍湍湍流中的切向应力流中的切向应力层流：层流：摩擦切向应力摩擦切向应力湍流：湍流：摩擦切向应力摩擦切向

27、应力附加切向应力附加切向应力液体质点的脉动导液体质点的脉动导致了质量交换，形致了质量交换，形成了动量交换和质成了动量交换和质点混掺，从而在液点混掺，从而在液层交界面上产生了层交界面上产生了紊流附加切应力紊流附加切应力 + +由动量定律可知：由动量定律可知： 动量增量等于湍流附加切应力动量增量等于湍流附加切应力T T产生的冲量产生的冲量 5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基本概念法糖添遵粗棺咐盆锌堂慈牙路一档掣碍间镇没罩釜挑娱搬宴驴畦姑瘴这熙流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5、普朗特混合长度普朗特混合长度a ab bb ba a(1)(1)流体微团在从某流速

28、的流层因脉动流体微团在从某流速的流层因脉动vy进入另一进入另一流速的流层时，在运动的距离流速的流层时，在运动的距离l（普兰特称此为混（普兰特称此为混合长度）内，微团保持其本来的流动特征不变。合长度）内，微团保持其本来的流动特征不变。 普朗特假设普朗特假设: :(2)(2)脉动速度与时均流速差成比例脉动速度与时均流速差成比例 5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基本概念谩譬邦轩咽猎告芍京禾苛相普米浴蕉薪摄检纬姻寓英判兔雕良沫铬盘礁帮流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算2.普朗特混合长度普朗特混合长度5.6 5.6 粘性流体的湍流流动的基本概念粘性流体的湍流流动的基

29、本概念创亡戴涸涧韧陵显褒言游弦衔萌患亿莹俞卉宽醋拿衰淌袋谅捞周莱篡溜互流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算普朗特简介普朗特简介普朗特简介普朗特简介l普朗特普朗特（18751953），德国物理学家，近代力学奠基人之一。1875年2月4日生于弗赖辛，1953年8月15日卒于格丁根。他在大学时学机械工程，后在慕尼黑工业大学攻弹性力学，1900年获得博士学位。1901年在机械厂工作，发现了气流分离问题。后在汉诺威大学任教授时，用自制水槽观察绕曲面的流动，3年后提出边界层理论，建立绕物体流动的小粘性边界层方程，以解决计算摩擦阻力、求解分离区和热交换等问题。奠定了现代流体力学的基础。普朗特在流体力学方

30、面的其他贡献有：风洞实验技术。他认为研究空气动力学必须作模型实验。1906年建造了德国第一个风洞（见空气动力学实验），1917年又建成格丁根式风洞。机翼理论。在实验基础上，他于19131918年提出了举力线理论和最小诱导阻力理论，后又提出举力面理论等。湍流理论。提出层流稳定性和湍流混合长度理论。此外还有亚声速相似律和可压缩绕角膨胀流动，后被称为普朗特-迈耶尔流动。他在气象学方面也有创造性论著。普朗特在固体力学方面也有不少贡献。他的博士论文探讨了狭长矩形截面梁的侧向稳定性。1903年提出了柱体扭转问题的薄膜比拟法。他继承并推广了A.J.C.B.de圣维南所开创的塑性流动的研究。T.von卡门在他

31、指导下完成的博士论文是关于柱体塑性区的屈曲问题。普朗特还解决了半无限体受狭条均匀压力时的塑性流动分析。著有普朗特全集、流体力学概论，此外还与O.G.蒂琼合写应用水动力学和空气动力学（1931）等。鹤样火尾侥峰拥勇罪识览镭醒屑伐颤挛失陈今钟冰氛磷卫屁邹给豆甸巴缀流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 1 1、紊流区域划分：、紊流区域划分： 粘性底层粘性底层 层流向紊流的过渡层层流向紊流的过渡层 紊流的核心区紊流的核心区 5.7 5.7 湍流流动的粘性底层湍流流动的粘性底层 粘性流体在圆管中湍流流动粘性流体在圆管中湍流流动时，紧贴固体壁面有一层很时，紧贴固体壁面有一层很薄的流体，受壁面的限制，薄

32、的流体，受壁面的限制，脉动运动几乎完全消失，粘脉动运动几乎完全消失，粘滞起主导作用，基本保持着滞起主导作用，基本保持着层流状态，这一薄层称为粘层流状态，这一薄层称为粘性底层。性底层。栋纯桓墅遂软枣抽负钙居号综徽裳光凭爹磺茂因起箔考璃孕赴诬渝桔肢桨流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 2 2、流道壁面的类型：、流道壁面的类型： 0 0 粘性底层的厚度粘性底层的厚度 任何流道的固体边壁上，总存在高低不平的突起粗任何流道的固体边壁上，总存在高低不平的突起粗糙体，将粗糙体突出壁面的特征高度定义为糙体，将粗糙体突出壁面的特征高度定义为绝对粗糙度绝对粗糙度 /d/d 相对粗糙相对粗糙契嘿拳庙夕畔秩今糊

33、凑孺闷畔舱瞅风徘话与私仟坍苫释劳君族祈礼搏橱枉流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 粘性底层厚度：粘性底层厚度： 水力粗糙：水力粗糙： 湍流区域完全感受不到管壁粗糙度的影响。湍流区域完全感受不到管壁粗糙度的影响。 管壁的粗糙凸出部分有一部分暴露在湍流管壁的粗糙凸出部分有一部分暴露在湍流区中，管壁粗糙度紊流流动发生影响。区中，管壁粗糙度紊流流动发生影响。 5.7 5.7 湍流流动的粘性底层湍流流动的粘性底层水水力力光光滑滑面面和和粗粗糙糙面面并并非非完完全全取取决决于于固固体体边边界界表表面面本本身身是是光光滑滑还还是是粗粗糙糙，而而必必须须依依据据粘粘性性底底层层和和绝绝对对粗粗糙糙度度两

34、两者者的的相相对对大大小小来来确确定定，即即使使同同一一固固体体边边壁壁，在在某某一一雷雷诺诺数数下下是是光光滑滑面面，而而在在另另一一雷雷诺数下是粗糙面。诺数下是粗糙面。注意注意羹橇营耗牵两稚焰夕冀严溉岛酣蔫亢惶碘旅啤抬文鞭漱灸涯劈镐习岗巡翌流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算紊流中的速度分布紊流中的速度分布紊紊流流运运动动中中，由由于于流流体体涡涡团团相相互互掺掺混混，互互相相碰碰撞撞，因因而而产产生生了了流流体体内内部部各各质质点点间间的的动动量量传传递递；动动量量大大的的流流体体质质点点将将动动量量传传递递给给动动量量小小的的质质点点，动动量量小小的的流流体体质质点点牵牵制制动量大

35、的质点，结果造成断面流速分布的均匀化。动量大的质点，结果造成断面流速分布的均匀化。 5.8 5.8 湍流流动的速度分布湍流流动的速度分布狮蹋愁靶键巢桓歧亮雁致辈符壁詹削产志惩剩喘两慈烷烙压蔬纸毖旬锨骗流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算(1)(1)光滑平壁面光滑平壁面假设整个区域内假设整个区域内 = = w w= =常数常数粘性底层内粘性底层内粘性底层外粘性底层外因因切向应力速度切向应力速度( (摩擦速度摩擦速度) ) 5.8 5.8 湍流流动的速度分布湍流流动的速度分布 细分参考细分参考砂靶化磺媒汝惋客群铜寓涂荷曰爹堆根万砂坛成拥救柞湘爸洛咱类桂哈涸流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计

36、算(2)(2)光滑直管光滑直管具有与平壁近似的公式具有与平壁近似的公式速度分布速度分布: :最大速度最大速度: :平均速度平均速度: : 5.8 5.8 湍流流动的速度分布湍流流动的速度分布旦齐骋咽埔蔽狄逐聋那肇餐爆蔓镇知犊郴殉腋灾傍巳敏推阑民仍豹吸绸泥流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算(2)(2)光滑直管光滑直管( (续续) )其它形式的速度分布其它形式的速度分布:(:(指数形式指数形式) )Re nv/vxmax平均速度平均速度: : 5.8 5.8 湍流流动的速度分布湍流流动的速度分布蛆检吝锥垂妹片馅芍挂锣染桃圭留顶擦捐瘁璃腊范靖昨籍叫三个健出婪系流体力学管道阻力计算流体力学管道阻

37、力计算(3)(3)粗糙直管粗糙直管速度分布速度分布: :最大速度最大速度: :平均速度平均速度: : 5.8 5.8 湍流流动的速度分布湍流流动的速度分布呈级微您幢导媚滞趴两胚璃凳联且莎葵调甄督善克吟历槽京形巳胺尘侨矩流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.9 5.9 湍流流动的阻力系数计算湍流流动的阻力系数计算1.圆管中湍流的沿程损失圆管中湍流的沿程损失(1)(1)光滑直管光滑直管(2)(2)粗糙直管粗糙直管实验修实验修正后正后劈杂工烹冬水稽复蓖秉对紧诲糟曙檀彪阵绑廷持遭幸丹磅滑灸咙桑盒殿道流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究实

38、验目的：实验目的：沿程损失沿程损失沿程损失沿程损失: : : :层流层流: :紊流紊流: :在实验的基础上提出某些假设，通过实验获得计算在实验的基础上提出某些假设，通过实验获得计算紊流沿程损失系数紊流沿程损失系数的半经验公式或经验公式。的半经验公式或经验公式。代表性实验代表性实验: :尼古拉兹实验尼古拉兹实验莫迪实验莫迪实验帝顶炬谨尧踩赶堆裙爆慧触咸厅鹏俏瑞阁式瘸丁楷济黔毁蔑肚剐墨辊傲奎流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究一、一、一、一、尼古拉兹实验尼古拉兹实验实验对象实验对象: :不同直径不同直径圆管圆管 不同流量不同流量不同相对粗

39、糙度不同相对粗糙度实验条件实验条件: :实验示意图实验示意图: :磷忻杭呀绅占哈蜕易锁挎汲茹菊蹭奉热随贫隐尾房馒貉款笔仕氢痕椭曰瑚流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 尼尼古古拉拉茨茨用用几几种种相相对对粗粗糙糙不不同同的的人人工工均均匀匀粗粗糙糙管管进进行行实实验；通过改变速度，从而改变验；通过改变速度，从而改变 雷诺数，测出沿程阻力，计雷诺数，测出沿程阻力，计 算出沿程阻力系数。算出沿程阻力系数。二、尼古拉茨二、尼古拉茨实验过程程 其其中中壁壁面面粗粗糙糙中中影影响响沿沿程程阻阻力力的的具具体体因因素素也也不不少少，如如粗粗糙糙的的突突起起高高度度、粗粗糙糙的的形形状状、粗糙的疏密和排

40、列等粗糙的疏密和排列等、人工均匀粗糙、人工均匀粗糙、尼尼古古拉拉茨茨实验图的分析实验图的分析、实验、实验与终窗滞柬中傲胃阎顿某伍盐危椭膏眷猴姜痉聂吮笑夕稠谎萎泪辈梯砾湾流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究一、一、一、一、尼古拉兹实验尼古拉兹实验( (续续) )尼古拉兹实验曲线尼古拉兹实验曲线尸隧肌臆题洞掐歪榴范隋栋妖馒眉餐蘸世禾纺张旺幻岛应掸矗郭盅拙霹度流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究一、一、一、一、尼古拉兹实验尼古拉兹实验( (续续) )尼古拉兹实验曲线的五个区域尼古拉

41、兹实验曲线的五个区域1.1.层流区层流区管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响。2. 2. 过渡区过渡区 不稳定区域，可能是层流，也可能是紊流。不稳定区域，可能是层流，也可能是紊流。赦换狡咙熟唤壮油殉鄙丁觉变炬抿选咕阶瞅障券澜网甄裳美渝痕侥观扁秒流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究一、一、一、一、尼古拉兹实验尼古拉兹实验( (续续) )尼古拉兹实验曲线的五个区域尼古拉兹实验曲线的五个区域( (续续) )3.3.紊流光滑管区紊流光滑管区沿程损失系数沿程损失系数 与相对粗糙度无关，而只与雷诺数有关。

42、与相对粗糙度无关，而只与雷诺数有关。勃拉休斯公式：勃拉休斯公式：尼古拉兹公式：尼古拉兹公式：卡门卡门- -普朗特公式：普朗特公式：只册咏奎涸孝千东羡贷拘囱层广瓤馒售教夜依狄沉辗肮腑哑怯浪对缺侧绝流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究一、一、一、一、尼古拉兹实验尼古拉兹实验( (续续) )尼古拉兹实验曲线的五个区域尼古拉兹实验曲线的五个区域( (续续) )4.4.紊流粗糙管过渡区紊流粗糙管过渡区沿程损失系数沿程损失系数 与相对粗糙度和雷诺数有关。与相对粗糙度和雷诺数有关。洛巴耶夫公式：洛巴耶夫公式：阔尔布鲁克公式：阔尔布鲁克公式：兰格公式

43、：兰格公式：瞅君豌寡伍佯黎穷她梦莽浆阁豢舍凰动害婴叛钥身酥鼻蛛莽夫拢欧橡丽莹流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究一、一、一、一、尼古拉兹实验尼古拉兹实验( (续续) )尼古拉兹实验曲线的五个区域尼古拉兹实验曲线的五个区域( (续续) )5.5.紊流粗糙管平方阻力区紊流粗糙管平方阻力区沿程损失系数沿程损失系数 只与相对粗糙度有关。只与相对粗糙度有关。尼古拉兹公式：尼古拉兹公式： 此区域内流动的能量损失与流速的平方成正比，故此区域内流动的能量损失与流速的平方成正比，故称此区域为称此区域为平方阻力区平方阻力区。门撕挠蛰笼钳劣垒洋抉反航朔泡横

44、楚猎冀娱陨佯却患渠协坝牛蛹的坪凹块流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 实用管道的粗糙是不规则的，须通过实用管道与人工粗糙管道实用管道的粗糙是不规则的，须通过实用管道与人工粗糙管道试验结果之比较，把和实用管道断面形状、大小相同，紊流粗糙试验结果之比较，把和实用管道断面形状、大小相同，紊流粗糙区区 值相等的人工粗糙管道的砂粒高度值相等的人工粗糙管道的砂粒高度 定义为实用管道的定义为实用管道的当量当量粗糙度粗糙度。5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究引出莫迪引出莫迪引出莫迪引出莫迪实验实验腔档厨藻个驰淖株算征汇缘孔席夸颜碟且灾织釉火膘匪根帚帮留绝研佃叫流体力学管道阻力计算流

45、体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究二、莫迪二、莫迪二、莫迪二、莫迪实验实验实验对象实验对象: :不同直径不同直径工业管道工业管道 不同流量不同流量不同相对粗糙度不同相对粗糙度实验条件实验条件: :迂腆斧围佐袄铅扒捎循收寥剩沸港猎埋尖倾镶岿期罢抬景商赂晨到覆崭衣流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究二、莫迪二、莫迪二、莫迪二、莫迪实验实验( (续续) )莫迪莫迪莫迪莫迪实验曲线实验曲线乃义途养萎五帮开将单做车巍苹秘苇吵粗它溅解叹寐冀袁翌错驹巨皱驮帘流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.10 5

46、.10 沿程损失的实验研究沿程损失的实验研究二、莫迪二、莫迪二、莫迪二、莫迪实验实验( (续续) )莫迪莫迪莫迪莫迪实验曲线的五个区域实验曲线的五个区域1. 层流区层流区层流区层流区2. 临界区临界区3. 光滑管区光滑管区5. 完全紊流粗糙管区完全紊流粗糙管区4. 过渡区过渡区紊流光滑管区紊流光滑管区过渡区过渡区紊流粗糙管过渡区紊流粗糙管过渡区紊流粗糙管平方阻力区紊流粗糙管平方阻力区扣熟皖懒唯探洪唐烁久网肮言罚摆缄阂阵绦屁萄菠处回罩毕法了绕植膳蒋流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 解：解：层流层流 由：由：冬季时：冬季时： 冬季时：冬季时： 夏季时为紊流：夏季时为紊流：紊流紊流夏季时：夏

47、季时：查莫迪图查莫迪图例例题题：长长度度为为300m300m，直直径径为为200mm200mm的的新新铸铸铁铁管管，用用来来输输送送 的的石石油油，测测得得其其流流量量 。如如果果冬冬季季时时， 。夏夏季季时时， 。问在冬季和夏季中，此输油管路的沿程损失为若干？。问在冬季和夏季中，此输油管路的沿程损失为若干？秤谜笆耀完扮困吨懒账苇平尼洱吞碍冯涡价玛拆值嗅眉魏措氧往装本霍亢流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 例例 沿程损失：已知管道和流量求沿程损失沿程损失：已知管道和流量求沿程损失求：求： 冬天和夏天的沿程损失冬天和夏天的沿程损失hf解：解：冬天冬天层流层流夏天夏天湍流湍流冬天冬天(油柱油

48、柱)夏天夏天(油柱油柱)已知已知: : d20cm,l3000m的旧无缝钢管的旧无缝钢管,900kg/m3,Q90T/h.,在冬天为冬天为1.09210-4m2/s,夏天为夏天为0.35510-4m2/s在夏天，查旧无缝钢管等效粗糙度在夏天，查旧无缝钢管等效粗糙度=0.2mm, /d=0.001查穆迪图查穆迪图2=0.0385驻叛选卢厨座臆滑范裕扭仲密瘸础首团煤糯西老因货末值福哆塌躇暗抗皑流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 例例 沿程损失：已知管道和压降求流量沿程损失：已知管道和压降求流量求：求： 管内流量管内流量Q 解：解：穆迪图完全粗糙区的穆迪图完全粗糙区的0.025 , 设设10.

49、025 , 由达西公式由达西公式查穆迪图得查穆迪图得20.027 ,重新计算速度重新计算速度查穆迪图得查穆迪图得20.027已知已知: : d10cm,l400m的旧无缝钢管比重为的旧无缝钢管比重为0.9, =10-5m2/s的油的油磺和耽屈漫去珐毁囱贵羡捆逃纷吩暖麻囚桑柱啥票草牺汕丑碑晦撞腺孝削流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 例例 沿程损失：已知沿程损失和流量求管径沿程损失：已知沿程损失和流量求管径求：求： 管径管径d 应选多大应选多大 解：解：由达西公式由达西公式 已知已知: : l400m的旧无缝钢管输送比重的旧无缝钢管输送比重0.9, =10-5m2/s的油的油Q =0.03

50、19m3/s率魄闷蜘萍褐卜爪纬贞罗道螟陨郝蹿凛疼猜梅窿兼愉晴镐眼场蚂挤罩挠汛流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.11 5.11 管道水力计算管道水力计算管道的种类管道的种类: :简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道分支管道分支管道一、简单管道一、简单管道 管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统。根管子串联在一起的管道系统。计算基本公式计算基本公式连续方程连续方程沿程损失沿程损失能量方程能量方程西卞扬吮思实引惦黑呈祈缺惩唤排驴鄂翰爸桐因恤蓝勤罕寓货曲简赡婆杉流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算

51、5.11 5.11 管道水力计算管道水力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )三类计算问题三类计算问题（1 1）已知）已知qV、l、d 、 、 ，求，求hf；（2）已知）已知hf 、 l、 d 、 、 ，求，求qV；（3）已知）已知hf 、 qV 、l、 、 ，求，求d。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。牙秉帖吴摇柒奏勿舆材律焙季耶悦磐挂博汾蛹慷祷减仲措悯焦哑奸是耻涡流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.11 5.11 管道水力计算管道水力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )第一类问题的计算步骤第一类问题的计算步

52、骤（1 1）已知）已知qV、l、d 、 、 ，求，求hf；qV、l、d计算计算Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 计算计算 hf陋峦蔬驶舞侄荤涨竞爆榆迭宿先窒搁螺卸廖账荡抵毁凑蟹表容蕊治息痈蓟流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.11 5.11 管道水力计算管道水力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )第二类问题的计算步骤第二类问题的计算步骤（2）已知）已知hf 、 l、 d 、 、 ，求，求qV；假设假设 由由hf计算计算 v 、Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV拼陷珍罪阶纵闹拴哦倾疗俄褒胡索启玉皑型瑟罕拢

53、声寄厢棉授询丙腮粒啡流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.11 5.11 管道水力计算管道水力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )第三类问题的计算步骤第三类问题的计算步骤（3）已知）已知hf 、 qV 、l、 、 ，求，求d。hf qV l 计算计算 与与 d的函数曲线的函数曲线由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV矮限期骇窍梁债定属丁瘤购榜瘪裔史抓坝哆巡狼帛墩刽杏赫冶蜘友赦迫铬流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算一、局部水头损失产生的原因一、局部水头损失产生的原因旋涡区的存在是造成局部水头损失的主要原因。 局部

54、水头损失与沿程水头损失一样，也与流态有关，但目前仅限于紊流研究，且基本为实验研究。5.12 5.12 局部损失局部损失即浩祈很澎后煌栏撤篷谬祖烘燥缸严喷牲唬冰铲瞥量舍洋岁债欣竿错允历流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算突然扩大突然缩小闸阀三通汇流管道弯头管道进口分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区分离区有有压管管道道恒恒定定流流遇遇到到管管道道边界界的的局局部部突突变 流流动动分分离离形形成成剪剪切切层层 剪剪切切层层流流动动不不稳稳定定，引引起起流流动动结结构构的的重重新新调调整整，并并产产生生旋旋涡涡 平平均均流流动动能能量量转转化化成成脉脉动

55、动能能量量，造造成成不不可可逆逆的的能能量量耗散。耗散。局部水头损失局部水头损失昔欺监龟盈亏独妙蛤固径冀鳖寞骗谋骡瞒雕专翱余念限实辞树杂歉峭订歌流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算v1A1A2v21122与与沿沿程程因因摩摩擦擦造造成成的的分分布布损损失失不不同同，这这部部分分损损失失可可以以看看成成是是集集中中损损失失在在管管道道边界界的的突突变处，每每单单位位重重量量流流体体承承担担的的这这部部分分能能量量损失称为局部水头损失。损失称为局部水头损失。根据能量方程根据能量方程 认认为为因因边边界界突突变变造造成成的的能能量量损损失失全全部部产产生生在在1-1，2-2两两断断面面之之间，不

56、再考虑沿程损失。间，不再考虑沿程损失。局部水头局部水头损失损失食绿又肆赢沥杰系彬昧暴挠霄襟谎狰喘熬揪为盆叛皿氟侣粱闰椭索庶鬼裁流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算v1A1A2v21122 上游断面上游断面1-1取在由于边取在由于边界的突变，界的突变， 水流结构开始水流结构开始发发生生变变化化的的渐渐变变流流段段中中，下下游游2-2断断面面则则取取在在水水流流结结构构调调整整刚刚好好结结束束，重重新新形形成成渐渐变变流流段段的的地地方方。总总之之，两两断断面面应应尽尽可可能能接接近近，又又要要保保证证局局部部水水头头损损失失全全部部产产生生在在两两断断面面之之间间。经经过过测测量量两两断断面

57、面的的测测管管水水头头差差和和流流经经管管道道的的流流量量，进进而而推推算算两两断断面面的的速速度度水水头头差差，就就可可得得到到局部水头损失。局部水头损失。 秆沾韧彦茨泻掐谗唐厉齿挤浪伤呻毅吮见政浸拟范碧搬溢猴喇徽羔习哑尘流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算v1A1A2v21122 局部水头损失折合成速度水头的比例系数局部水头损失折合成速度水头的比例系数 当当上上下下游游断断面面平平均均流流速速不不同同时时，应明确它对应的是哪个速度水头？应明确它对应的是哪个速度水头？局部水头损失系数局部水头损失系数 其其它它情情况况的的局局部部损损失失系系数数在在查查表表或或使使用用经经验验公公式式确确

58、定定时时也也应应该该注注意意这这一一点点。通通常常情情况况下下对对应应下下游的速度水头。游的速度水头。 突扩圆管突扩圆管墨悄霜咒睬滥篓幅龙囚扭荚隅喂繁东闰跳臆卒嫌牺亡超民挑谐贤肖螟姐聂流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般局部水头损失的机理复杂，除了突扩圆管的情况以外，一般难于用解析方法确定，而要通过难于用解析方法确定，而要通过实测实测来得到各种边界突变情况来得到各种边界突变情况下的局部水头损失系数。下的局部水头损失系数。 局部水头损失系数随流动的雷诺数而变局部水头损失系数随流动的雷诺数而变 当雷诺数大到一定程度后，当雷诺数大到一定程度后

59、， 值成为常数。在工程中使用的表值成为常数。在工程中使用的表格或经验公式中列出的格或经验公式中列出的 就是指这个范围的数值。就是指这个范围的数值。航呜竞察诸逮壕旋受狭梁蝗掣达掸困绑腿敌蔚削正酬赶感汇毡咙傲墨刀属流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算2 入口阻力系数举例机洱淹尊嘻茧鲍裸铲漓谍狄换牧汁嚏诈眼阵龋绕戴渗卉随堂铰唤休苏州攒流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.12 5.12 局部损失局部损失3 3、管道截面突然扩大、管道截面突然扩大流体从小直径的管道流往大直径的管道流体从小直径的管道流往大直径的管道112v2A2v1A12取取1-11-1、2-22-2截面以及它们截面以及它们之

60、间的管壁为控制面。之间的管壁为控制面。连续方程连续方程动量方程动量方程能量方程能量方程骤接咽枝肛嫌岭靳吹卓豫破占晤源避刨高砖亚遮橇竞匀挡提搂摈根窃谁二流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.12 5.12 局部损失局部损失3 3、管道截面突然扩大、管道截面突然扩大( (续续) )112v2A2v1A12将连续方程、动量方程代入能量方程，将连续方程、动量方程代入能量方程，以以小截面小截面流速计算的流速计算的 以以大截面大截面流速计算的流速计算的 漂邦凄症恐兰麓编靠隋寐诽平楼媒碗伦铣酣沂搞俭疏隆喻德辽某籽汉个抹流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.12 5.12 局部损失局部损失3 3、

61、管道截面突然扩大、管道截面突然扩大( (续续) )管道出口损失管道出口损失速度头完全消散于池水中速度头完全消散于池水中眼阳鲤谰赂碾布徐阉蹲赌兢迟稿凶咕范堡照钎娘硬浙滇吞凌硒酝弘徐舍聂流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.12 5.12 局部损失局部损失4 4、管道截面突然缩小、管道截面突然缩小流体从大直径的管道流往小直径的管道流体从大直径的管道流往小直径的管道v2A2v1A1vcAc流动先收缩后扩展，能量损失由两部分损失组成流动先收缩后扩展，能量损失由两部分损失组成安阮鸿一耀簿帽疵掠桌短乒贾檄碗李浸舵纯笼钱暂亿专怂僵摊驼壤尼宙脓流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.12 5.12

62、局部损失局部损失4 4、管道截面突然缩小、管道截面突然缩小( (续续) )v2A2v1A1vcAc由实验由实验等直管道等直管道随着直径比由随着直径比由0.1150.115线性线性减小到减小到1 1朔淄懊涵逮微砌库倾良量挡嘿撮墟梆蕊舟韧部反走夸般疹澈环嚷挫谷刮侥流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.12 5.12 局部损失局部损失AACBDD流体在弯管中流动的损失由三部分组成流体在弯管中流动的损失由三部分组成: :2.2.由切向应力产生的沿程损失由切向应力产生的沿程损失1.1.形成漩涡所产生的损失形成漩涡所产生的损失3.3.由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失由二次流形成的双螺旋流动所产生

63、的损失其其它它各各种种弯弯管管、截截门门、闸闸阀阀等等的的局局部部水水头头损损失失系系数数可可查查表表或或由由经验公式获得。经验公式获得。 昨冷株铂涩捶饺嫌乔妖涉颇纲念罐层亿烫技伟妄砂的搬颁叙事透荆寐焊育流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算减小管壁的粗糙度；柔性边壁换为刚性边壁减小管壁的粗糙度；柔性边壁换为刚性边壁 避免旋涡区的产生或减小旋涡区的大小和强度；避免旋涡区的产生或减小旋涡区的大小和强度； 如平顺的进口如平顺的进口 渐扩或渐缩渐扩或渐缩 弯管曲率半径弯管曲率半径 减小阻力的措施减小阻力的措施 1. 1.添加剂减阻添加剂减阻 2. 2.改善边壁对流动的影响改善边壁对流动的影响坤酌瞧

64、旬艺埔骄骄避溶香碉凌离稗苍亥匹巷皂虱涯洒赦安逞娶粹援枕抓荡流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.13-14 5.13-14 管道水力计算管道水力计算管道的种类管道的种类: :简单管道简单管道串联管道串联管道并联管道并联管道分支管道分支管道一、简单管道一、简单管道 管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数管道直径和管壁粗糙度均相同的一根管子或这样的数根管子串联在一起的管道系统。根管子串联在一起的管道系统。计算基本公式计算基本公式连续方程连续方程沿程损失沿程损失能量方程能量方程才炬汤附枢罐撑桂穷醒讯惭姨醇掀酉侈寸盎总难俘川迭限嗡聊额今曳棍母流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算一、简

65、单管道一、简单管道三类计算问题三类计算问题（1 1）已知）已知qV、l、d 、 、 ，求，求hf；（2）已知）已知hf 、 l、 d 、 、 ，求，求qV；（3）已知）已知hf 、 qV 、l、 、 ，求，求d。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。5.13 5.13 管道水力计算管道水力计算襄剖晃呀询熬报侩辑沫仁蹭幕喇梨磷谤概你私型然攫细篓冤滥闪署政测荧流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )第一类问题的计算步骤第一类问题的计算步骤（1 1）已知）已知qV、l、d 、 、 ，求，求hf；qV、l

66、、d计算计算Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 计算计算 hf躺吉摇黑脸蒋央具冒死新钝捡锑吴宫窍气裴刻薪傻餐捏没闽罢宦横息毁宴流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )第二类问题的计算步骤第二类问题的计算步骤（2）已知）已知hf 、 l、 d 、 、 ，求，求qV；假设假设 由由hf计算计算 v 、Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV执评溉挫隙判铁骑金段房矗复蜀悦反迈桂员狮垛甸标示贷噬烂泡吃耽魏匀流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算一、简单管道一、简单管道( (续续) )第三类问题

67、的计算步骤第三类问题的计算步骤（3）已知）已知hf 、 qV 、l、 、 ，求，求d。hf qV l 计算计算 与与 d的函数曲线的函数曲线由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV簿察啼毡藩叫防浊屏往绥烯举温避剪香啼宛扰毕箍堡妈柒氯披探披芦种凑流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算二、串联管道二、串联管道 由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一由不同管道直径和管壁粗糙度的数段根管子连接在一起的管道。起的管道。ABH21串联管道特征串联管道特征1.1.各管段的流量相等各管段的流量相等2.2.总损失等于各段管总损失等于各段管

68、道中损失之和道中损失之和鲜涛然算吐猿奶簿叠辛孵绢灼烽啃捞距刨见岛扮吮币惜援贮伍眶臭某厨嫉流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算二、串联管道二、串联管道( (续续) )两类计算问题两类计算问题ABH21（1 1）已知串联管道的流量）已知串联管道的流量qV，求总水头，求总水头H ；（2）已知总水头）已知总水头H，求串联管道的流量，求串联管道的流量qV 。账叙运装乙缴覆纤涩夜攀速晦纳满阀撂关铁邓蛾捶历唆触泣播宋蔚乒赵条流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算三、并联管道三、并联管道 由几条简单管道或串联管道，入口端与出口端分别连由几条简单管道或串联管道，

69、入口端与出口端分别连接在一起的管道系统。接在一起的管道系统。并联管道特征并联管道特征1.1.总流量是各分管段流量之和。总流量是各分管段流量之和。2.2.并联管道的损失等于各分管并联管道的损失等于各分管道的损失。道的损失。AQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ交租毡梧着磋际防周既康芭乡盐矿馁捕赢柱狰霍综主犊钡唤菇沫嘿殖竞华流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算三、并联管道三、并联管道( (续续) )两类计算问题两类计算问题（1）已知）已知A点和点和B点的静水头线高度（即点的静水头线高度（即z+p/ g)，求总流量，求总流量qV

70、；AQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ假设假设 由由hf计算计算 v 、Re由由Re、 查莫迪图得查莫迪图得 New校核校核 New = NewNY由由hf计算计算 v 、 qV 求解方法相当求解方法相当于简单管道的第于简单管道的第二类计算问题。二类计算问题。酉霜扭兢四葱噶硫切帘堑鹃惕颐足牵弱纤恭稀腋锐贰曾订锐蝎倪调筷二缠流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算三、并联管道三、并联管道( (续续) )两类计算问题两类计算问题( (续续) )（2 2）已知总流量）已知总流量q qV V ，求各分管道中的流量及能量损失，求各分管

71、道中的流量及能量损失 。假设管假设管1的的 qV1 由由qV1计算管计算管1的的hf1 由由hf1求求qV2和和 qV3hf1= hf2 = hf3qV1 = qV1N结束计算结束计算按按qV1 、qV2 和和qV3的比例计算的比例计算qV1 、qV2 和和qV3计算计算hf1 、 hf2和和hf3 YAQQ1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQ歇钥讫梢淌祭茄倾寅隔靛肝楷骄塔羊羔波醋颈篓的习糙坚沾习惜忧帐示彦流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算四、分支管道四、分支管道分支管道特征分支管道特征流入汇合点的流量等于自汇流入汇合点的流

72、量等于自汇合点流出的流量。合点流出的流量。撬钓卵呛扦力穷硕蹭座曹长狱封慎寞骨狭悲奠尺社湾莽弯岿拣墅京拔锦冗流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算四、分支管道四、分支管道( (续）续）计算问题计算问题已知管道的尺寸、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。已知管道的尺寸、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。213Jz2z1z3假设假设J点的点的zJ+ pJ/ g求求qV1 、qV2 和和qV3 是否满足连续方程是否满足连续方程 N结束计算结束计算调整调整J点的点的zJ+ pJ/ g Y暮胁崩孵瞥云翱及墨著淖雅皖著缔虏柄固约迸奈粳蘸芝橡状蔗跌辽链竟析流

73、体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算五、管网五、管网 由若干管道环路相连接、在结点处流出的流量来自几个由若干管道环路相连接、在结点处流出的流量来自几个环路的管道系统。环路的管道系统。体茎仇捍沧坤镐峦吟导矢郝芯蔽扬肮退来增柱情盗猾蹄贮绞刺固摸龟需痉流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算五、管网五、管网( (续续) )管网特征管网特征1.1.流入结点的流量等于流出结点的流量，即任一结点处流流入结点的流量等于流出结点的流量，即任一结点处流量的代数和等于零。量的代数和等于零。2.2.在任一环路中，由某一结点沿两

74、个方向到另一个结点的能在任一环路中，由某一结点沿两个方向到另一个结点的能量损失相等，即任一环路能量损失的代数和等于零。量损失相等，即任一环路能量损失的代数和等于零。漂艰几泣执缩歹层强尿淖倒根眺什碉丽犀喧夸烂悯瘟咀沼肺瓜威哎拍泡缄流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.14 5.14 管道水力计算管道水力计算五、管网五、管网( (续续) )计算问题计算问题已知管道的尺寸、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。已知管道的尺寸、粗糙度和流体性质，求通过各管道的流量。预选各管道流体的预选各管道流体的流动方向和流量流动方向和流量计算各管道的计算各管道的能量损失能量损失 N结束计算结束计算引入修正流量

75、引入修正流量 q qV V，各管道修正流量各管道修正流量 Y瞅贸代暂侦庐掣抿钱赚拜泅逢寸馈烽层婿爷曼稍攀必予凄夏砂问鹤袄旬锅流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 分分枝枝状状管管网网应应按按最最不不利利点点设设计计干干管管，在在干干管管各各段段的的流流量量分分配配给给定定，管管径径由由经经济济流流速速确确定定的的情情况况下下，可可以以决决定定所所需需作作用用水水头头。此后的支管设计就成为已知水头和流量求管径的问题。此后的支管设计就成为已知水头和流量求管径的问题。 枝状管网枝状管网芒杭突懦天洲诣寡典项窃崭阵递营眼宗迂柿珍鼠徐菜旬允撕嚎声场津刁假流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算 工工程

76、程上上一一般般采采用用迭迭代代法法确确定定各各管管段段流流量量分分配配，先先给给出出流流量量分分配配初初值值，由由经经济济流流速速确确定定管管径径，计计算算各各闭闭合合环环水水头头损损失失代代数数和和，根根据据各各闭闭合合环环代代数数和和的的值值，推推求求校校正正流流量量，重重新新进进行行流流量量分分配配，继续迭代过程，直至满足要求。继续迭代过程，直至满足要求。 对对环环状状管管网网的的每每一一个个节节点点可可写写出出连连续续方方程程，其其中中独独立立的的比比总总节节点点数数少少一一个个。管管网网中中的的每每一一个个闭闭合合环环水水头头损损失失的的代代数数和和为为零零。方方程程总总个个数数恰为

77、管网中的管段数。恰为管网中的管段数。环状管网环状管网卓实虞殃围垛铜废薄淌涝具谤霓皑顷拼秀馅夯泅牟而跟叙循厄飞坐根挡厢流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.15 5.15 水击现象水击现象一、水击现象的描述一、水击现象的描述四个过程：四个过程：Au0BCAu0B1.1.压力升高过程压力升高过程2.2.压力恢复过程压力恢复过程水击具有破坏性水击流速突然改变，压力引起大幅度波动的现象柔撑霖吧刷奶疮邑勇峰胳呆漳珊惮滴稼新男近拭塑示将倘镣中添瞥娄昼蛔流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.15 5.15 水击现象水击现象一、水击现象的描述一、水击现象的描述四个过程：四个过程：Au0BCBAu0

78、C3.3.压力降低过程压力降低过程4.4.压力恢复过程压力恢复过程英断窖衬倍拆聪冠毖配蔬澎印暇焙蚌倡屋娥洗涧铃硫帅逐吧钢源昧壤剃界流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.15 5.15 水击现象水击现象二、压强波（膨胀波）的传播速度二、压强波（膨胀波）的传播速度 式中式中 K 流体的体积模量流体的体积模量 E 管壁的弹性模量管壁的弹性模量 s 管壁厚度管壁厚度 d 管壁内径管壁内径例：管壁无弹性，例：管壁无弹性，EE 腐牺妥虏土抠胳劲间酱贺萄冈俄故迷歪幕斥脚匡笋方纵渍炳连蜜鹿喜儡战流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.15 5.15 水击现象水击现象三、直接水击、间接水击、减弱水击的

79、措施三、直接水击、间接水击、减弱水击的措施 直接水击直接水击: : 间接水击间接水击: :阀门关闭的时间阀门关闭的时间 tsts2ts.2 2l l/ /c c，阀门处压强将达不，阀门处压强将达不到最大的水击压强。到最大的水击压强。减弱水击的措施：减弱水击的措施： （1 1）避免直接水击，尽量延长间接水击）避免直接水击，尽量延长间接水击 时阀门的关闭时间。时阀门的关闭时间。（2 2）采用过载保护，以缓冲水击压强。）采用过载保护，以缓冲水击压强。（3 3）降低管内流速，缩短管长，使用弹）降低管内流速，缩短管长，使用弹 性好的管道。性好的管道。茵矣花再窥猩责仅莆艳牢蹿孵扬辕骤优袄潦旷嗜任姬藤贼腮屑

80、幽透脚酣硕流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.16 5.16 非圆形管道沿程损失的计算非圆形管道沿程损失的计算与圆形管道相同之处与圆形管道相同之处: :沿程损失计算公式沿程损失计算公式雷诺数计算公式雷诺数计算公式上面公式中的直径上面公式中的直径d d需用当量直径需用当量直径D D来代替。来代替。与圆形管道不同之处与圆形管道不同之处: :汛惑帝铡昌扦咬刺券本扩卷橱受爆取矾贱宦尾群敏区鬼辣城决苗淹洗旨柱流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.16 5.16 非圆形管道沿程损失的计算非圆形管道沿程损失的计算当量直径为当量直径为4 4倍有效截面与湿周之比，即倍有效截面与湿周之比，即4 4倍

81、水力半径。倍水力半径。一、当量直径一、当量直径D D二、几种非圆形管道的当量直径计算二、几种非圆形管道的当量直径计算1.1.充满流体的矩形管道充满流体的矩形管道咀砚委饭框水俏府损葛钡杉手挫普缚荚拧吃哺组靶噶睹馆奴箔赢衷辈蹦孙流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算5.16 5.16 非圆形管道沿程损失的计算非圆形管道沿程损失的计算二、几种非圆形管道的当量直径计算（续）二、几种非圆形管道的当量直径计算（续）2.2.充满流体的圆环形管道充满流体的圆环形管道d d2 2d d1 13.3.充满流体的管束充满流体的管束S1S1S2d赡靴值杯宵逊翻晨犁气蔼罕誓舱尿港幢绎莫坤瞧吉晦疹裸霞需性脆恐断萨流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算4. 椭圆管椭圆管5. 等边三角形管等边三角形管盾慈拿着提剿狡凌疆褂畔攀扶碱柳亡东聘炔癸倘耘省瞒习孤冀枢脆官舶珠流体力学管道阻力计算流体力学管道阻力计算