当前课程知识点：建筑设备工程 > 流体力学基本知识 > 流体阻力和水头损失 > 流体阻力和水头损失
同学们大家好
今天我们学习流体阻力和水头损失
流体在流动过程中
由于固体壁面不光滑
以及流体对壁面的附着性
使流体在流动过程中受到阻力
这个阻力使流体一部分的机械能
不可逆转地转换为热能而散失掉
这种机械能的损失称为能量损失
也称为水头损失
在工程实际中
为了便于分析和计算
根据固体边界条件的不同
将能量损失分为两种形式
沿程损失和局部损失
它们产生的机理和计算方法各有不同
首先看沿程损失
流体在边壁沿程不变的管段上流动时
其所受的阻力沿程也不发生变化
这一阻力称为沿程阻力
为克服沿程阻力产生的能量损失
称为沿程损失
用符号hf表示
单位为J/kg
由于流动情况沿程不变
因此沿程损失的大小与流程的长度成正比
工程上常用范宁公式计算流体的沿程损失
即hf等于la乘以L除以d乘以V方除以2
而当流体流过管件
阀门及进出口等局部阻碍时
因固体边壁形状的改变使流体的流速
和方向发生改变
导致流动阻力增加
这种阻力称为局部阻力
为克服局部阻力而产生的能量损失
称为局部损失
用符号hj表示
单位为J/kg
局部损失与管长无关
只与局部管件有关
工程上用于计算局部损失的一般公式为
hj等于ζ 乘以V方除以2
上式中
La与ke都是无因此的系数
La是沿程阻力系数
与流体的流态和管壁的粗糙度有关
Ke是局部阻力系数
与局部阻力管件的种类有关
因此流体在管道中流动时
整个管路的总能量损失
等于各管段的沿程损失与各处的局部损失的总和
下面介绍流体流动的两种流态
1883年英国物理学家雷诺通过大量实验发现
流体的运动有两种不同性质的流动状态
简称流态
能量损失的规律与流态有关
如图所示是雷诺实验的装置图
水箱A侧壁引出玻璃管B
阀门C用于调节B管的流量
容器D内装有密度与水箱中
液体接近的有色液体
有色液体可经针状细管E流入玻璃管B中
阀门F可调节有色液体的流量
实验之前先将水箱A加满水
利用水箱上部的溢流装置
保持水箱A内水色恒定
实验过程是 微开阀门c
使水在B管内缓慢流动 再打开阀门F
放出少量有色液体
当玻璃管中水的流速较小时
细管流出的有色液体是一条界线分明的直线
与周围的清水不相混
若逐渐开大阀门c
使B管中水的流速逐渐增大
当流速达到某一临界值Vc时
呈直线流动的有色细流开始出现
波动而成波浪形细线
继续开大阀门C
有色液体的直线开始抖动
弯曲
然后断裂与周围清水完全混合
最后使整个玻璃管内的水呈现均匀的颜色
显然
此时流体的流动状况已发生了显著的变化
若按反方向进行上述实验
即先开大阀门C
然后再逐渐关小
实验现象将按相反程序出现
雷诺实验表明
当流速不同时
流体的流动具有两种完全不同的流态
一种是流体质点互不混合有规则的层状流动
简称层流
另一种是流体质点相互混合无规则的紊乱运动
简称湍流
并且两种流态在一定的流速下是可以相互转换的
雷诺等人从对不同直径的圆管
和多种液体的实验中进一步研究发现
流体的流动状态不仅与流体的速度有关
还与流体的粘度 密度 管径有关
将影响流体流动状态的4个参数
按一定规律组合而成的无因此准数
称为雷诺数
用Re表示 Re等于p乘以u分之vd
其中p指的是流体密度
v表示截面的平均流速
d表示管内径
u表示流体的动力粘度
利用雷诺数的大小判断流体的流态时
无论管径大小 流体的密度 粘度
流动速度如何不同
只要雷诺数相同 流态必然相同
在工程计算中
我们将雷诺数作为圆管内流体流态的判断依据
当Re<=2000时
流体为层流流动
而当Re>2000时
流体为湍流流动
好了
今天的内容就到这里
-流体的主要物理性质
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-流体静压强基本规律
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-流体运动的基本知识
--流体运动的基础知识
-流体阻力和水头损失
--流体阻力及水头损失
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