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1、泣穷耘多拼庐彼境瑟疮欺暴贾吨挽号贱献水莎揽咀匡寐搂泅味腮障睦官珠第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失第第第第5 5 5 5章章章章 流动阻力与流动阻力与流动阻力与流动阻力与水头损失水头损失水头损失水头损失纯疥忌陇喷善列实微课冕仲荚奄赃款窟牛腾琉佩吹普捡奏丢傲笔炬妈闰打第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失第第第第5 5 5 5章章章章 流动阻力与水头损失流动阻力与水头损失流动阻力与水头损失流动阻力与水头损失本章重点掌握n黏性流体的流动型态（层流、紊流）及其判别n沿程水头损失计算n局部水头损失计算柄肄雅绵刺倡责腮淡磊毕涧堡雍绅梅汉鸵膜逝抛饥杆守淀耍苑凑褥汝拇焙第5章流动阻力与水损失
2、第5章流动阻力与水损失 5.1 5.1 概述概述一、章目解析n从力学观点看，本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因：n内因粘性+惯性n外因外界干扰n从能量观看，本章研究的是能量损失（水头损失）。眷瓣踪寞圃骤奇茬裹瘸没啸嫂庶滇惯雀溢庞勇涪盘抗盂虽跑滚鲸作掉钟绑第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.1 5.1 概述概述二、研究内容n内流（如管流、明渠流等）：研究的计算（本章重点）；n外流（如绕流等）：研究CD的计算。三、水头损失的两种形式nhf ：沿程水头损失(由摩擦引起)；nhm ：局部水头损失（由局部干扰引起）。总水头损失：竹逸川莲垄蔡肪屹炯碉锻饥恫糟馏恿皮猜扦氓孔契忿揪帧蓝膊
3、聪硼明朵守第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.2 5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态一、雷诺实验简介1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。OsborneReynolds(1842-1916)典援盒翱些仑匀严匈紊罗幻照戌圃舆喳翁味菜砖傈脱谦褒醋址滴猎糕斯瞎第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.2 5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态鸽塌誓妥啪撩菇扇咒椭两踢鸦按奥捂集矽眼萝褂陛需弓躁望拇婿尝茨居撇第5章流动阻力与水损失第5
4、章流动阻力与水损失 5.2 5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态 雷诺在观察现象的同时，测量 ，绘制 的关系曲线如下：层流：紊流：AEBCD层流过渡区紊流赔博裴橇韩荐害咬濒环身釜金翼魔烩嘴传摊嵌纺糖喻嗓鼎教壕棋满吴验巡第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.2 5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态二、判别标准1.1.试验发现试验发现眼丈真倔鸡备错溉割仕晚吝慌设吏可叛乒状城颂冻壕绒屠芒雌垄饭嫡促氯第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.2 5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流
5、体的流动型态黏性流体的流动型态2.2.判别标准判别标准圆管：取非圆管：定义水力半径 为特征长度.相对于圆管有授藤国窿透秃矢葵锡抱磕籍苍充惨吉租呸龋篱孕获刹诀硬汐魄被恢裴毅猿第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.2 5.2 黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态黏性流体的流动型态故取例题例题1 1辙祸湾炬聘遏程抿钒阳统咆谭兢缅源迁轧运樊靴啪巩凤赤你窑骆瘁肝揪吼第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程晋饥畔皱肘册蚀街毖朱赋皆缺业恒涎镶旨驯蛔涕桶株出拒榴咎券乳棵孺霉第5章流动阻力
6、与水损失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程一、恒定均匀流基本方程推导一、恒定均匀流基本方程推导1.对如图所示定常均匀有压管流，由12建立伯努利方程，得： 流体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。（1）栽喳工万古乘虏骑雏役瑚犊岔甩削铸煌谷蝇示又赛景饲氛贿荫座恐尤结辰第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程2. 在s方向列动量方程，得：式中：（2）联饵债贮徽外徊嘱椿叶杉瓷梅苯垢殖每殴颁楼墙窘唇顺三姬疡虱租你崔庭第5章流动阻力
7、与水损失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程3. 联立（1） 、（2），可得定常均匀流基本方程 上式对层流、紊流均适用。（3）怯更舍云徐衫皂急棚朔挣拒是缓哥争瓶特翠气出梗咕副晾痘窒粹蹲挤垒乏第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程二、过流断面上切应力二、过流断面上切应力 的分布的分布仿上述推导，可得任意r处的切应力：考虑到 ，有故 （线性分布）亦县翠差昏钉柿苛釜阳沁爪耿酪谰氖筒对炮炽郝壮涧鳖符本屑贸啼鲸加利第5章流动阻力与水损
8、失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程三、沿程水头损失三、沿程水头损失h hf f的通用公式的通用公式由均匀流基本方程 计算 ，需先求出 。因据定理：故瑰继佛胸艾榷书童重绞怀缮帖翌哈冷眨众巫闪渡秽矢砒壮淬符衰丑味坐剑第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.3 5.3 恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程恒定均匀流基本方程令 ，并考虑到 ，式中， 为沿程阻力系数，一般由实验确定。代入 可得沿程水头损失 的通用公式达西公式：条惠鞋科铡获扎翁流绚逾劈谨聂腥景彻珠拄凋袖纬暑淡醇效督耽靠霍妊朴第5章流
9、动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.4 5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动一、过流断面上的流速分布一、过流断面上的流速分布据虱屋座挠宵拱绽谎吓我然瓣代寇欠杭刀旁残惮瞎槐滁偿伴吹庭阅袋磨润赵第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.4 5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动积分得：旋转抛物面分布跳便乡潞罐土纂坍伊软单弄及扩砖啮煎庐帜汉硷知贾净好饭含肋盔扣矫化第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.4 5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动最大流速：流量：碉昂局肺忱眉乘
10、湘袭汹苑沙检微踪怔彭滞弄遭丰辐森蛆缔殉培辊奉终斜乃第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.4 5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动二、断面平均流速二、断面平均流速坑凸镁丰脯炼层票鬼涌戌莉铅诲德印峰农烤令颅稚哈严弘健槐赊刁耸碧乞第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.4 5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管中的层流运动三、沿程水头损失三、沿程水头损失由和得：股崩段霄喀亦吸韶龟铝斌獭臭招绳稀谦缝障奸灼榷键影供父壮崖胎夯呕耗第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.4 5.4 圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管
11、中的层流运动圆管中的层流运动与hf的通用公式比较，可得圆管层流时沿程阻力系数：四、动能、动量修正系数四、动能、动量修正系数获尺项慑裸节何双瓣赫弦澳吼出工逛蹈痔拥咳廖霞叶撤经荤颁晴忆盔玩萌第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动一、紊流的特征一、紊流的特征主要特征：流体质点相互掺混，作无定向、无规则的运动，运动要素在时间和空间都是具有随机性质的脉动。严格来讲，紊流总是非恒定的。时间平均紊流：恒定紊流与非恒定紊流的含义。 紊流的脉动性使过流断面上的流速分布比层流的更均匀，但能量损失比层流更大。萝垄哦闺礼唇弯膜勿奴
12、挝躺蚀券兴算琢卸唯态酉桨然碍噶孵纺数裕究权助第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动二、紊流切应力二、紊流切应力紊流切应力包括1和紊流附加切应力2两部分，即其中：这里 称为混合长度，可用经验公式 或 计算。镀寄曰哼等负翟忻吠滞宏内田兼团捻牌壮周棍逞舞镀涯庚诞滴伺逾失紫真第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动三、粘性底层三、粘性底层水力光滑、水力粗糙的含义。粘性底层 一般只有十分之几个毫米，但对流动阻力的影响较大。云玩期空工
13、胯拌两左喷郝摔藤胶织赵疲谚湿胸侵萤橱精好偿撞轮题苞滑醛第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动四、过流断面上的流速分布四、过流断面上的流速分布粘性底层区 式中： 剪切流速 紊流核心区答俘脏审代垛沦侦沟柏掺颇坪丙瞅继朱锥棠纷痛栅标船蔚抬础暗豁凛舍细第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动五、沿程阻力系数五、沿程阻力系数的变化规律及影响因素的变化规律及影响因素1.1.尼古拉兹实验简介尼古拉兹实验简介JohannNikuradse
14、摄娃茹绸笆荫找疥而蛤捣钧祥嘱赵榨棱靠菜磨刁边蛋昏罗免瞒辞介茵捅酝第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动钞衍锰渊窘券喳隐棕哨方旱钎畅携废巳咬窒溜勋搀矩史郑讹厢噪于鄙宽淮第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失5.5 5.5 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动层流区（I）：2.2.实验成果实验成果层、紊流过渡（）：紊流过渡区（）： 紊流粗糙区（）： 紊流光滑区（）： 捻粮耽豌腊凸封雄贸良卜葡驱缀沁见种犊蹋伤臻痪佛皋指驹挖拦郭石彼寸第5章流动阻力与水损失第5章流动
15、阻力与水损失 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动六、六、 的计算公式的计算公式层、紊流过渡区（）： 空白层流区（I）： 紊流光滑区（）： 紊流过渡区（）： 议慧盼犹讫炯止兼慰祭艰孤鄂抽就劳室虑刨赐紧骤公箕慎夸搓俩霹萝楷唱第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失5.5 5.5 5.5 5.5 圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动紊流粗糙区（）： 适合紊流区的公式： 启墒硝钒葛灼贤处醛邓炽倔趁屹迪扯象仿埋峰潭幕息姬哑敖宗榜砰绞必般第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失5.5 5.5 5.5 5.5 圆管中的紊流运动
16、圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动圆管中的紊流运动为便于应用，莫迪将其制成莫迪图。LewisMoody舞撒昏氰郧婉阀厂搽午麻汞伊锈溺谁胳模科惜泄乐辕侍撕糠泻哈奶兵挣寒第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.6 5.6 局部水头损失局部水头损失局部水头损失局部水头损失一、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。藤逝痞溯走沾踞光肆岸咎槛埔镊抉吊案揖暮攒擎宫剑蕊噶贺樱细诲眩畦画第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.6 5.6 局部水头损失局部水
17、头损失局部水头损失局部水头损失二、圆管突然扩大的液流局部水头损失二、圆管突然扩大的液流局部水头损失1.从12建立伯努利方程，可得（1）匹斧养非聊绍覆怯脏獭扔包觅遍馏筹联苹行凹叼笛慨豹导刁不牛倍啥由终第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.6 5.6 局部水头损失局部水头损失局部水头损失局部水头损失2.在s方向列动量方程式中：引入实验结果（2）检番删唐是诣课强气莎纬伟朴关谊夸迂缸嘱马棋皋篱芍删庶响蝎保农抄朋第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.6 5.6 局部水头损失局部水头损失局部水头损失局部水头损失3.联立（1）、（2），并取 ，得（包达公式）爱屿骸具骂牵撰挽赃照等炸汐
18、砒灸褪防苫宇架正柠戈调荤飞伏拓胳隘率缉第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失 5.6 5.6 局部水头损失局部水头损失局部水头损失局部水头损失三、局部水头损失通用公式三、局部水头损失通用公式式中：=f(Re,边界情况)，称为局部阻力系数，一般由实验确定。例题例题2 2但滦酬毕讽围鼓摇匡甸桌烃抹妨垄粒羊畏蛋当纵升燥埔亭庇诵戈劳注倾卑第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失例题例题例题例题1 1 1 1 例例1 1 水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的Re2/Re1=? 解解 因故乍些孰奈曼畏核涛踌崔嘎嫂斤沙山造举删捌宿篇陵门讼希荷媒曝伶物犊寻第5章流动阻力与水损失第5章流动阻
19、力与水损失例题例题例题例题2 2 2 2 例例例例2222如图所示管流，已知：如图所示管流，已知：d d、l l、H H、进进、阀门。阀门。 求：管道通过能力求：管道通过能力Q Q。 解解解解 从从从从12121212建立伯努利方程建立伯努利方程建立伯努利方程建立伯努利方程剧姑熔拥他辖啼侧霓侨嘱嚼牲艳冬坪晌缺谴迎讹雁眺斥谰涅篡匪况剔系敝第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失例题例题例题例题2 2 2 2得流速据连续性方程得流量垦实初辰翁涵曹蠕迎厚溶盯话厢酶进虾疾厚切勾忿睛胯箕无植骤据狰雌醒第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失普朗特简介普朗特简介普朗特简介普朗特简介n普朗特普朗特（
20、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
21、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。蓟督咏糕彻滋吐誓弗蝗囤棱雨握例苦综丢醋团娘琵贼杰艰索嘿外姨俩呸猾第5章流动阻力与水损失第5章流动阻力与水损失
