流动阻力与水头损失思维导图

U228795980

2023-04-10

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流动阻力

水头损失

流动力学

流动阻力与水头损失

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思维导图大纲

水头损失的物理概念及其分类

分类

沿程水头损失

局部水头损失

产生水头损失的条件

1.液体具有粘滞性

2.由于固体边界的影响，液流内部质点之间产生相对运动

液流边界几何条件对水头损失的影响

横断面形状和大小

湿周：液流过水断面固体边界接触的周界线

水力半径：过水断面面积与湿周的比值

纵断面形状

均匀流沿程水头损失与切应力的关系

均匀流的切应力

均匀流沿程水头损失与切应力的关系式

切应力的影响因素

边界切应力

式中是表征沿程阻力大小的一个量纲为一的系数，称为沿程阻力系数，它和水流雷诺数，壁面凸出高度和水力半径之比有关

均匀流的沿程水头损失

达西公式

液体运动的两种型态

雷诺实验（图4.9）

层流时m=1，湍流时m=1.75~2

液流型态的判别

Re为雷诺数，液流型态开始转变时的雷诺数叫作临界雷诺数，临界雷诺数又分为下临界雷诺数和上临界雷诺数

湍流形成过程的分析

由雷诺实验可知，层流与湍流的主要区别在于湍流时各流层之间的液体质点有不断的互相混杂作用，而层流则无，涡体的形成是混掺作用产生的根源

对于某一选定的流层来说，流速较大的邻层加于它的切应力是顺流向的，流速较小的邻层加于它的切应力是逆流向的。因此该选定层所承受的切应力，有构成力矩，使流层发生旋转的倾向。由于外界的微小干扰或来自流中残存的扰动，该流层将不可避免的出现局部性的波动，随同这种波动而来的是局部流速和压强的重新调整

涡体的产生不一定能形成涡流，一方面涡体由于惯性有保持其本身运动的倾向，另一方面因为液体是具有粘滞性的，粘滞性又要约束涡体的运动，所以涡体能否脱离原流层而渗入邻层，要看惯性作用于粘滞作用两者的对比关系，只有当惯性作用与粘滞作用相比强大到一定程度时，在有可能形成湍流

雷诺数时表征惯性力与粘滞力的比值

湍流的形成的先决条件是涡体的形成，其次是雷诺数要达到一定的数值

圆管中的层流运动及其沿程水头损失

圆筒层表面的切应力

流速分布公式

该式表明，圆管层流的流速在横断面上呈抛物线型分布

沿程水头损失公式

该式表明沿程水头损失与断面平均流速的一次方成比例

湍流的特征

运动要素的脉动

平均流速

顺势流速与平均流速只差叫作脉动流速

其他运动要素如动水压强·也可用同样的方法来表示

湍动产生的附加切应力

湍流运动两流层之间的时均切应力看作是两部分组成的：第一部分为由相邻两流层间时间平均流速相对运动所产生的粘滞切应力；第二部分为纯粹由脉动流速所产生的附加切应力

湍流中存在粘性底层

湍流中并不是整个液流都是湍流，在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在，该层流层叫粘性底层

粘性底层厚度的公式

雷诺数较小水里光滑面

过度粗糙面

较大时，水里粗糙面

湍动使流速分布均匀化

沿程阻力系数的变化规律

砂砾直径与管道半径的比值称为相对粗糙度，其倒数称为相对光滑度

当Re较小时，粘性底层较厚，可以淹没砂粒直径，管壁就是水力光滑管，其沿程阻力系数与雷诺数有关，与砂粒直径无关

过渡区：沿程阻力系数与雷诺数和砂粒直径都有关

阻力平方区（粗糙管区）：沿程水头损失与流速的平方成正比，与雷诺数无关而与砂粒直径有关

计算沿程水头损失的经验公式——谢才公式

谢才公式可应用于不同的流态或流区，只是谢才系数的公式不同而已（C不同）

曼宁公式

巴普洛夫斯基公式

以上两者只能适用于阻力平方区

局部水头损失

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