5管內不可壓縮流體流動重點:阻力計算當前第1頁\共有108頁\編于星期三\4點一、雷諾實驗實際流體的流動會呈現出兩種不同的型態：層流和紊流，它們的區別在于：流動過程中流體層之間是否發生混摻現象。在紊流流動中存在隨機變化的脈動量，而在層流流動中則沒有。§5.1粘性流體的兩種流動狀態當前第2頁\共有108頁\編于星期三\4點兩根測壓管中的液面高差為兩斷面間的沿程水頭損失速度由小變大，層流紊流；上臨界流速速度由大變小，紊流層流；下臨界流速紊流運動層流運動流態不穩§5.1粘性流體的兩種流動狀態一、雷諾實驗當前第3頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.1粘性流體的兩種流動狀態一、雷諾實驗(續)實驗現象(續)當前第4頁\共有108頁\編于星期三\4點二、流動狀態與水頭損失的關系速度由大變小，紊流變為層流；DC1B；紊流運動；CDE線；層流運動；AB直線；流態不穩；紊流運動；E點之后速度由小變大，層流變為紊流；BC+CD當前第5頁\共有108頁\編于星期三\4點由上述的實驗分析看出，任何實際流體的流動皆具有層流和紊流兩種流動狀態；流體運動狀態不同，其hf與v的關系便不一樣，因此，在計算流動的水頭損失之前，需要判別流體的運動狀態。例如，圓管中定常流動的流態為層流時，沿程水頭損失與平均流速成正比，而紊流時則與平均流速的1.75～2.0次方成正比。層流過渡區紊流當前第6頁\共有108頁\編于星期三\4點

三、流動狀態判別標準通過量綱分析和相似原理發現，上面的物理量可以組合成一個無量綱數，并且可以用來判別流態。稱為雷諾數。由于：所以：臨界速度不能作為判別流態的標準！當前第7頁\共有108頁\編于星期三\4點1883年，雷諾試驗也表明：圓管中恒定流動的流態轉化取決于雷諾數d是圓管直徑，v是斷面平均流速，是流體的運動粘性系數。

實際流體的流動之所以會呈現出兩種不同的型態是擾動因素與粘性穩定作用之間對比和抗衡的結果。針對圓管中恒定流動的情況，容易理解：減小d，減小v，加大三種途徑都是有利于流動穩定的。綜合起來看，小雷諾數流動趨于穩定，而大雷諾數流動穩定性差，容易發生紊流現象。

當前第8頁\共有108頁\編于星期三\4點粘性穩定擾動因素

d

v

利于穩定圓管中恒定流動的流態轉化僅取決于雷諾數，這是客觀規律用無量綱量表達的又一例證，也是粘性相似準則的實際應用。對比抗衡當前第9頁\共有108頁\編于星期三\4點圓管中恒定流動的流態發生轉化時對應的雷諾數稱為臨界雷諾數，又分為上臨界雷諾數和下臨界雷諾數。上臨界雷諾數表示超過此雷諾數的流動必為紊流，它很不確定，跨越一個較大的取值范圍。有實際意義的是下臨界雷諾數，表示低于此雷諾數的流動必為層流，有確定的取值，圓管定常流動取為

紊流層流紊流層流上臨界雷諾數下臨界雷諾數ReRe12000-40000當前第10頁\共有108頁\編于星期三\4點對圓管：d—圓管直徑對非圓管斷面：R—水力半徑對明渠流：R—水力半徑對繞流現象：L—固體物的特征長度對流體繞過球形物體：d—球形物直徑當前第11頁\共有108頁\編于星期三\4點層流與紊流的區別層流運動中，流體層與層之間互不混雜，無動量交換紊流運動中，流體層與層之間互相混雜，動量交換強烈2.層流向紊流的過渡—與渦體形成有關四、紊流的成因3.渦體的形成并不一定能形成紊流當前第12頁\共有108頁\編于星期三\4點水和油的運動粘度分別為，若它們以的流速在直徑為的圓管中流動，試確定其流動狀態？例題解：水的流動雷諾數紊流流態油的流動雷諾數層流流態當前第13頁\共有108頁\編于星期三\4點溫度、運動粘度的水，在直徑的管中流動，測得流速，問水流處于什么狀態？如要改變其運動，可以采取那些辦法？例題解：水的流動雷諾數層流流態如要改變其流態1）改變流速2）提高水溫改變粘度當前第14頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.2管內流動的能量損失兩大類流動能量損失:一、沿程能量損失發生在緩變流整個流程中的能量損失，由流體的粘滯力造成的損失?！獑挝恢亓α黧w的沿程能量損失——沿程損失系數——管道長度——管道內徑——單位重力流體的動壓頭（速度水頭）。2.局部能量損失1.沿程能量損失當前第15頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.2管內流動的能量損失二、局部能量損失發生在流動狀態急劇變化的急變流中的能量損失，即在管件附近的局部范圍內主要由流體微團的碰撞、流體中產生的漩渦等造成的損失?！獑挝恢亓α黧w的局部能量損失。——單位重力流體的動壓頭（速度水頭）?！植繐p失系數當前第16頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.2管內流動的能量損失三、總能量損失

整個管道的能量損失是分段計算出的能量損失的疊加?！偰芰繐p失。當前第17頁\共有108頁\編于星期三\4點

以傾斜角為的圓截面直管道的不可壓縮粘性流體的定常層流流動為例。pp+(p/l)dlmgrr0xhgdl受力分析：重力:側面的粘滯力:兩端面總壓力:5.3圓管道內切應力分布當前第18頁\共有108頁\編于星期三\4點5.3圓管道內切應力分布軸線方向列力平衡方程pp+(p/l)dlmgrr0xhgdl兩邊同除r2dl得由于得，一、切向應力分布

當前第19頁\共有108頁\編于星期三\4點2.壁面切應力(水平管)5.3圓管道內切應力分布當前第20頁\共有108頁\編于星期三\4點5.4圓管中流體的層流流動一、速度分布

將

代入

得，對r積分得，

當r=r0時vx=0，得

故：

當前第21頁\共有108頁\編于星期三\4點5.4圓管中流體的層流流動三、最大流速、平均流速、圓管流量、壓強降1.最大流速管軸處:

2.平均流速3.圓管流量水平管:

當前第22頁\共有108頁\編于星期三\4點5.4圓管中流體的層流流動三、最大流速、平均流速、圓管流量、壓強降(續)4.壓強降(流動損失)水平管:

結論：層流流動得沿程損失與平均流速得一次方成正比。當前第23頁\共有108頁\編于星期三\4點5.4圓管中流體的層流流動四、其它公式1.動能修正系數α結論：圓管層流流動的實際動能等于按平均流速計算的動能的二倍當前第24頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.5管道入口段中的流動一、邊界層當粘性流體流經固體壁面時，在固體壁面與流體主流之間必定有一個流速變化的區域，在高速流中這個區域是個薄層，稱為邊界層。當前第25頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.5管道入口段中的流動二、管道入口段

當粘性流體流入圓管,由于受管壁的影響,在管壁上形成邊界層,隨著流動的深入,邊界層不斷增厚,直至邊界層在管軸處相交,邊界層相交以前的管段,稱為管道入口段。當前第26頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.5管道入口段中的流動二、管道入口段(續)入口段內和入口段后速度分布特征層流邊界層紊流邊界層完全發展的流動L*L*入口段內:入口段后:各截面速度分布不斷變化各截面速度分布均相同當前第27頁\共有108頁\編于星期三\4點

0.紊流的發生紊流發生的機理是十分復雜的，下面給出一種粗淺的描述。層流流動的穩定性喪失（雷諾數達到臨界雷諾數）擾動使某流層發生微小的波動流速使波動幅度加劇在橫向壓差與切應力的綜合作用下形成旋渦旋渦受升力而升降引起流體層之間的混摻造成新的擾動5.6粘性流體的湍流流動的基本概念當前第28頁\共有108頁\編于星期三\4點++-+--高速流層低速流層任意流層之上下側的切應力構成順時針方向的力矩，有促使旋渦產生的傾向。當前第29頁\共有108頁\編于星期三\4點旋渦受升力而升降，產生橫向運動，引起流體層之間的混摻渦體當前第30頁\共有108頁\編于星期三\4點5.6粘性流體的湍流流動的基本概念1.湍流流動流體質點相互摻混，作無定向、無規則的運動，運動在時間和空間都是具有隨機性質的運動,屬于非定常流動。當前第31頁\共有108頁\編于星期三\4點2.脈動現象和時均化的概念1、脈動：2、時均化：紊流中，流體質點經過空間某一固定點時，速度、壓力等總是隨時間變化的，而且毫無規律，這種現象稱為脈動現象。對某點的長時間觀察發現，盡管每一時刻速度等參數的大小和方向都在變化，但它都是圍繞某一個平均值上下波動。于是流體質點的瞬時值就可以看成是這個平均值與脈動值之和。當前第32頁\共有108頁\編于星期三\4點2、脈動值、時均值在時間間隔t內某一流動參量的平均值稱為該流動參量的時均值。瞬時值某一流動參量的瞬時值與時均值之差，稱為該流動參量的脈動值。時均值脈動值5.6粘性流體的湍流流動的基本概念當前第33頁\共有108頁\編于星期三\4點二.脈動現象和時均化的概念1、脈動：2、時均化：紊流中，流體質點經過空間某一固定點時，速度、壓力等總是隨時間變化的，而且毫無規律，這種現象稱為脈動現象。對某點的長時間觀察發現，盡管每一時刻速度等參數的大小和方向都在變化，但它都是圍繞某一個平均值上下波動。于是流體質點的瞬時值就可以看成是這個平均值與脈動值之和。當前第34頁\共有108頁\編于星期三\4點3、時均定常流動空間各點的時均值不隨時間改變的紊流流動稱為時均定常流動，或定常流動、準定常流動。5.6粘性流體的湍流流動的基本概念當前第35頁\共有108頁\編于星期三\4點4、湍流中的切向應力層流：摩擦切向應力湍流：摩擦切向應力附加切向應力液體質點的脈動導致了質量交換，形成了動量交換和質點混摻，從而在液層交界面上產生了紊流附加切應力+由動量定律可知：

動量增量等于湍流附加切應力△T產生的沖量5.6粘性流體的湍流流動的基本概念當前第36頁\共有108頁\編于星期三\4點5、普朗特混合長度abba(1)流體微團在從某流速的流層因脈動vy'進入另一流速的流層時，在運動的距離l（普蘭特稱此為混合長度）內，微團保持其本來的流動特征不變。普朗特假設:(2)脈動速度與時均流速差成比例5.6粘性流體的湍流流動的基本概念當前第37頁\共有108頁\編于星期三\4點2.普朗特混合長度5.6粘性流體的湍流流動的基本概念當前第38頁\共有108頁\編于星期三\4點普朗特簡介普朗特（1875～1953），德國物理學家，近代力學奠基人之一。1875年2月4日生于弗賴辛，1953年8月15日卒于格丁根。他在大學時學機械工程，后在慕尼黑工業大學攻彈性力學，1900年獲得博士學位。1901年在機械廠工作，發現了氣流分離問題。后在漢諾威大學任教授時，用自制水槽觀察繞曲面的流動，3年后提出邊界層理論，建立繞物體流動的小粘性邊界層方程，以解決計算摩擦阻力、求解分離區和熱交換等問題。奠定了現代流體力學的基礎。普朗特在流體力學方面的其他貢獻有：①風洞實驗技術。他認為研究空氣動力學必須作模型實驗。1906年建造了德國第一個風洞（見空氣動力學實驗），1917年又建成格丁根式風洞。②機翼理論。在實驗基礎上，他于1913～1918年提出了舉力線理論和最小誘導阻力理論

，后又提出舉力面理論等。③湍流理論。提出層流穩定性和湍流混合長度理論。此外還有亞聲速相似律和可壓縮繞角膨脹流動，后被稱為普朗特-邁耶爾流動。他在氣象學方面也有創造性論著。

普朗特在固體力學方面也有不少貢獻。他的博士論文探討了狹長矩形截面梁的側向穩定性。1903年提出了柱體扭轉問題的薄膜比擬法

。他繼承并推廣了A.J.C.B.de圣維南所開創的塑性流動的研究

。T.von卡門在他指導下完成的博士論文是關于柱體塑性區的屈曲問題。普朗特還解決了半無限體受狹條均勻壓力時的塑性流動分析。著有《普朗特全集》、《流體力學概論》，此外還與O.G.蒂瓊合寫《應用水動力學和空氣動力學》（1931）等。當前第39頁\共有108頁\編于星期三\4點

1、紊流區域劃分：

粘性底層

層流向紊流的過渡層紊流的核心區5.7湍流流動的粘性底層粘性流體在圓管中湍流流動時，緊貼固體壁面有一層很薄的流體，受壁面的限制，脈動運動幾乎完全消失，粘滯起主導作用，基本保持著層流狀態，這一薄層稱為粘性底層。

當前第40頁\共有108頁\編于星期三\4點2、流道壁面的類型：

0

粘性底層的厚度

任何流道的固體邊壁上，總存在高低不平的突起粗糙體，將粗糙體突出壁面的特征高度定義為絕對粗糙度

/d

相對粗糙當前第41頁\共有108頁\編于星期三\4點粘性底層厚度：

水力粗糙：<管壁的粗糙凸出的平均高度：

水力光滑：>湍流區域完全感受不到管壁粗糙度的影響。

管壁的粗糙凸出部分有一部分暴露在湍流區中，管壁粗糙度紊流流動發生影響。

5.7湍流流動的粘性底層水力光滑面和粗糙面并非完全取決于固體邊界表面本身是光滑還是粗糙，而必須依據粘性底層和絕對粗糙度兩者的相對大小來確定，即使同一固體邊壁，在某一雷諾數下是光滑面，而在另一雷諾數下是粗糙面。注意當前第42頁\共有108頁\編于星期三\4點紊流中的速度分布紊流運動中，由于流體渦團相互摻混，互相碰撞，因而產生了流體內部各質點間的動量傳遞；動量大的流體質點將動量傳遞給動量小的質點，動量小的流體質點牽制動量大的質點，結果造成斷面流速分布的均勻化。5.8湍流流動的速度分布當前第43頁\共有108頁\編于星期三\4點(1)光滑平壁面假設整個區域內=w=常數粘性底層內粘性底層外因切向應力速度(摩擦速度)5.8湍流流動的速度分布細分參考當前第44頁\共有108頁\編于星期三\4點(2)光滑直管具有與平壁近似的公式速度分布:最大速度:平均速度:5.8湍流流動的速度分布當前第45頁\共有108頁\編于星期三\4點(2)光滑直管(續)其它形式的速度分布:(指數形式)

Re

n

v/vxmax平均速度:5.8湍流流動的速度分布當前第46頁\共有108頁\編于星期三\4點(3)粗糙直管速度分布:最大速度:平均速度:5.8湍流流動的速度分布當前第47頁\共有108頁\編于星期三\4點5.9湍流流動的阻力系數計算1.圓管中湍流的沿程損失(1)光滑直管(2)粗糙直管實驗修正后當前第48頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究實驗目的：

沿程損失:層流:紊流:在實驗的基礎上提出某些假設，通過實驗獲得計算紊流沿程損失系數λ的半經驗公式或經驗公式。代表性實驗:尼古拉茲實驗莫迪實驗當前第49頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究一、尼古拉茲實驗實驗對象:不同直徑圓管不同流量不同相對粗糙度實驗條件:實驗示意圖:當前第50頁\共有108頁\編于星期三\4點尼古拉茨用幾種相對粗糙不同的人工均勻粗糙管進行實驗；通過改變速度，從而改變雷諾數，測出沿程阻力，計算出沿程阻力系數。二、尼古拉茨實驗過程其中壁面粗糙中影響沿程阻力的具體因素也不少，如粗糙的突起高度、粗糙的形狀、粗糙的疏密和排列等．１、人工均勻粗糙３、尼古拉茨實驗圖的分析２、實驗當前第51頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究一、尼古拉茲實驗(續)尼古拉茲實驗曲線當前第52頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究一、尼古拉茲實驗(續)尼古拉茲實驗曲線的五個區域層流區管壁的相對粗糙度對沿程損失系數沒有影響。2.過渡區不穩定區域，可能是層流，也可能是紊流。當前第53頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究一、尼古拉茲實驗(續)尼古拉茲實驗曲線的五個區域(續)紊流光滑管區沿程損失系數與相對粗糙度無關，而只與雷諾數有關。勃拉休斯公式：尼古拉茲公式：卡門-普朗特公式：當前第54頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究一、尼古拉茲實驗(續)尼古拉茲實驗曲線的五個區域(續)紊流粗糙管過渡區沿程損失系數與相對粗糙度和雷諾數有關。洛巴耶夫公式：闊爾布魯克公式：蘭格公式：當前第55頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究一、尼古拉茲實驗(續)尼古拉茲實驗曲線的五個區域(續)紊流粗糙管平方阻力區沿程損失系數只與相對粗糙度有關。尼古拉茲公式：此區域內流動的能量損失與流速的平方成正比，故稱此區域為平方阻力區。當前第56頁\共有108頁\編于星期三\4點實用管道的粗糙是不規則的，須通過實用管道與人工粗糙管道試驗結果之比較，把和實用管道斷面形狀、大小相同，紊流粗糙區值相等的人工粗糙管道的砂粒高度定義為實用管道的當量粗糙度?！?.10沿程損失的實驗研究引出莫迪實驗當前第57頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究二、莫迪實驗實驗對象:不同直徑工業管道不同流量不同相對粗糙度實驗條件:當前第58頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究二、莫迪實驗(續)莫迪實驗曲線當前第59頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.10沿程損失的實驗研究二、莫迪實驗(續)莫迪實驗曲線的五個區域1.層流區——層流區2.臨界區3.光滑管區5.完全紊流粗糙管區4.過渡區——紊流光滑管區——過渡區——紊流粗糙管過渡區——紊流粗糙管平方阻力區當前第60頁\共有108頁\編于星期三\4點解：層流由：冬季時：冬季時：夏季時為紊流：紊流夏季時：查莫迪圖例題：長度為300m，直徑為200mm的新鑄鐵管，用來輸送的石油，測得其流量。如果冬季時，。夏季時，。問在冬季和夏季中，此輸油管路的沿程損失為若干？當前第61頁\共有108頁\編于星期三\4點[例

]沿程損失：已知管道和流量求沿程損失求：冬天和夏天的沿程損失hf解：冬天層流夏天湍流冬天(油柱)夏天(油柱)已知:d＝20cm,l＝3000m的舊無縫鋼管,ρ＝900kg/m3,Q＝90T/h.,在 冬天為1.092×10-4m2/s,夏天為0.355×10-4m2/s在夏天，查舊無縫鋼管等效粗糙度ε=0.2mm,ε/d=0.001查穆迪圖λ2=0.0385當前第62頁\共有108頁\編于星期三\4點[例

]沿程損失：已知管道和壓降求流量求：管內流量Q

解：穆迪圖完全粗糙區的λ＝0.025,設λ1＝0.025,由達西公式查穆迪圖得λ2＝0.027,重新計算速度查穆迪圖得λ2＝0.027已知:d＝10cm,l＝400m的舊無縫鋼管比重為0.9,

=10-5m2/s的油當前第63頁\共有108頁\編于星期三\4點[例

]沿程損失：已知沿程損失和流量求管徑求：管徑d應選多大

解：由達西公式

已知:l＝400m的舊無縫鋼管輸送比重0.9,

=10-5m2/s的油Q=0.0319

m3/s當前第64頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.11管道水力計算管道的種類:簡單管道串聯管道并聯管道分支管道一、簡單管道管道直徑和管壁粗糙度均相同的一根管子或這樣的數根管子串聯在一起的管道系統。

計算基本公式連續方程沿程損失能量方程當前第65頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.11管道水力計算一、簡單管道(續)三類計算問題（1）已知qV、l、d、、，求hf；（2）已知hf、l、d、

、，求qV；（3）已知hf、qV、l、、，求d。簡單管道的水力計算是其它復雜管道水力計算的基礎。當前第66頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.11管道水力計算一、簡單管道(續)第一類問題的計算步驟（1）已知qV、l、d、、，求hf；qV、l、d計算Re由Re、查莫迪圖得計算hf當前第67頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.11管道水力計算一、簡單管道(續)第二類問題的計算步驟（2）已知hf、l、d、

、，求qV；假設

由hf計算v、Re由Re、查莫迪圖得New校核New=NewNY由hf計算v、qV當前第68頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.11管道水力計算一、簡單管道(續)第三類問題的計算步驟（3）已知hf、qV、l、、，求d。hf

qVl計算與d的函數曲線由Re、查莫迪圖得New校核New=NewNY由hf計算v、qV當前第69頁\共有108頁\編于星期三\4點一、局部水頭損失產生的原因旋渦區的存在是造成局部水頭損失的主要原因。

局部水頭損失與沿程水頭損失一樣，也與流態有關，但目前僅限于紊流研究，且基本為實驗研究。§5.12局部損失當前第70頁\共有108頁\編于星期三\4點突然擴大突然縮小閘閥三通匯流管道彎頭管道進口分離區分離區分離區分離區分離區分離區分離區有壓管道恒定流遇到管道邊界的局部突變→流動分離形成剪切層→剪切層流動不穩定，引起流動結構的重新調整，并產生旋渦→平均流動能量轉化成脈動能量，造成不可逆的能量耗散。局部水頭損失當前第71頁\共有108頁\編于星期三\4點v1A1A2v21122與沿程因摩擦造成的分布損失不同，這部分損失可以看成是集中損失在管道邊界的突變處，每單位重量流體承擔的這部分能量損失稱為局部水頭損失。根據能量方程認為因邊界突變造成的能量損失全部產生在1-1，2-2兩斷面之間，不再考慮沿程損失。局部水頭損失當前第72頁\共有108頁\編于星期三\4點v1A1A2v21122上游斷面1-1取在由于邊界的突變，水流結構開始發生變化的漸變流段中，下游2-2斷面則取在水流結構調整剛好結束，重新形成漸變流段的地方。總之，兩斷面應盡可能接近，又要保證局部水頭損失全部產生在兩斷面之間。經過測量兩斷面的測管水頭差和流經管道的流量，進而推算兩斷面的速度水頭差，就可得到局部水頭損失。當前第73頁\共有108頁\編于星期三\4點v1A1A2v21122局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數當上下游斷面平均流速不同時，應明確它對應的是哪個速度水頭？局部水頭損失系數其它情況的局部損失系數在查表或使用經驗公式確定時也應該注意這一點。通常情況下對應下游的速度水頭。

突擴圓管當前第74頁\共有108頁\編于星期三\4點局部水頭損失的機理復雜，除了突擴圓管的情況以外，一般難于用解析方法確定，而要通過實測來得到各種邊界突變情況下的局部水頭損失系數。

局部水頭損失系數隨流動的雷諾數而變當雷諾數大到一定程度后，

值成為常數。在工程中使用的表格或經驗公式中列出的

就是指這個范圍的數值。當前第75頁\共有108頁\編于星期三\4點2入口阻力系數舉例當前第76頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.12局部損失3、管道截面突然擴大流體從小直徑的管道流往大直徑的管道112v2A2v1A12取1-1、2-2截面以及它們之間的管壁為控制面。連續方程動量方程能量方程當前第77頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.12局部損失3、管道截面突然擴大(續)112v2A2v1A12將連續方程、動量方程代入能量方程，以小截面流速計算的以大截面流速計算的當前第78頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.12局部損失3、管道截面突然擴大(續)管道出口損失速度頭完全消散于池水中當前第79頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.12局部損失4、管道截面突然縮小流體從大直徑的管道流往小直徑的管道v2A2v1A1vcAc流動先收縮后擴展，能量損失由兩部分損失組成當前第80頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.12局部損失4、管道截面突然縮小(續)v2A2v1A1vcAc由實驗等直管道隨著直徑比由0.115線性減小到1當前第81頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.12局部損失AA'CBD'D流體在彎管中流動的損失由三部分組成:2.由切向應力產生的沿程損失1.形成漩渦所產生的損失3.由二次流形成的雙螺旋流動所產生的損失其它各種彎管、截門、閘閥等的局部水頭損失系數可查表或由經驗公式獲得。當前第82頁\共有108頁\編于星期三\4點減小管壁的粗糙度；柔性邊壁換為剛性邊壁避免旋渦區的產生或減小旋渦區的大小和強度；如平順的進口漸擴或漸縮彎管曲率半徑減小阻力的措施1.添加劑減阻2.改善邊壁對流動的影響當前第83頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.13-14管道水力計算管道的種類:簡單管道串聯管道并聯管道分支管道一、簡單管道管道直徑和管壁粗糙度均相同的一根管子或這樣的數根管子串聯在一起的管道系統。

計算基本公式連續方程沿程損失能量方程當前第84頁\共有108頁\編于星期三\4點一、簡單管道三類計算問題（1）已知qV、l、d、、，求hf；（2）已知hf、l、d、

、，求qV；（3）已知hf、qV、l、、，求d。簡單管道的水力計算是其它復雜管道水力計算的基礎。§5.13管道水力計算當前第85頁\共有108頁\編于星期三\4點一、簡單管道(續)第一類問題的計算步驟（1）已知qV、l、d、、，求hf；qV、l、d計算Re由Re、查莫迪圖得計算hf當前第86頁\共有108頁\編于星期三\4點一、簡單管道(續)第二類問題的計算步驟（2）已知hf、l、d、

、，求qV；假設

由hf計算v、Re由Re、查莫迪圖得New校核

New=NewNY由hf計算v、qV當前第87頁\共有108頁\編于星期三\4點一、簡單管道(續)第三類問題的計算步驟（3）已知hf、qV、l、、，求d。hf

qVl

計算與d的函數曲線由Re、查莫迪圖得New校核

New=NewNY由hf計算v、qV當前第88頁\共有108頁\編于星期三\4點二、串聯管道由不同管道直徑和管壁粗糙度的數段根管子連接在一起的管道。ABH21串聯管道特征1.各管段的流量相等2.總損失等于各段管道中損失之和當前第89頁\共有108頁\編于星期三\4點二、串聯管道(續)兩類計算問題ABH21（1）已知串聯管道的流量qV，求總水頭H；（2）已知總水頭H，求串聯管道的流量qV

。當前第90頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.14管道水力計算三、并聯管道由幾條簡單管道或串聯管道，入口端與出口端分別連接在一起的管道系統。并聯管道特征1.總流量是各分管段流量之和。2.并聯管道的損失等于各分管道的損失。AQQ1d1hw1Q2d2hw2Q3d3hw3BQ當前第91頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.14管道水力計算三、并聯管道(續)兩類計算問題（1）已知A點和B點的靜水頭線高度（即z+p/g)，求總流量qV；AQQ1d1hw1Q2d2hw2Q3d3hw3BQ假設

由hf計算v、Re由Re、查莫迪圖得New校核

New=NewNY由hf計算v、qV求解方法相當于簡單管道的第二類計算問題。當前第92頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.14管道水力計算三、并聯管道(續)兩類計算問題(續)（2）已知總流量qV

，求各分管道中的流量及能量損失

。假設管1的q’V1

由q’V1計算管1的h’f1

由h’f1求q’V2和

q’V3h’f1=

h’f2=

h’f3q’V1=qV1N結束計算按q’V1、q’V2和q’V3的比例計算qV1、qV2和qV3計算h’f1、

h’f2和h’f3YAQQ1d1hw1Q2d2hw2Q3d3hw3BQ當前第93頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.14管道水力計算四、分支管道分支管道特征流入匯合點的流量等于自匯合點流出的流量。當前第94頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.14管道水力計算四、分支管道(續）計算問題已知管道的尺寸、粗糙度和流體性質，求通過各管道的流量。213Jz2z1z3假設J點的zJ+pJ/g求qV1、qV2和qV3

是否滿足連續方程N結束計算調整J點的zJ+pJ/gY當前第95頁\共有108頁\編于星期三\4點§5.14管道水力計算五、管網由若干管道環路相連接、在結點處流出的流量來自幾個環路的管