第121講流體力學(xué)七年新版

1、精品文檔六、局部水頭損失局部水頭損失按式（6-4-2）計(jì)算，關(guān)鍵在于確定局部阻力系數(shù).從理論上講應(yīng)與局部阻礙處的雷諾數(shù)Re和邊界情況有關(guān)。但因受局部阻礙的強(qiáng)烈干擾，局部阻礙處的流動(dòng)在較小的雷諾數(shù)時(shí)就已進(jìn)入粗糙區(qū)，所以一般可以認(rèn)為乙只決定于局部阻礙的形狀，與Re無關(guān)。局部阻礙的形式繁多，流動(dòng)現(xiàn)象極其復(fù)雜，局部阻力系數(shù)多由實(shí)驗(yàn)確定。表6-4-3中列出了常見的幾種局部阻力系數(shù)值。管路局部阻力系散手值表64-3名稱茴網(wǎng)c值.斷囪突格r大%_1nAjr一邙一地”2到出口N一瞌人般相斷面突然潴小_【苜）管道城口11Jn宜西進(jìn)口/G一，聞?dòng)眠M(jìn)口Fw*內(nèi)幅量nr0.5thOS0,25L0其他各種局部阻力系數(shù)可

2、查閱有關(guān)水力計(jì)算手冊【例6-4-3水流經(jīng)虹吸管從A水池流入B水池，如圖6-4-5所示，管徑d=100mm,管長l=30m，管材為鍍鋅鋼管=0.3mm,彎=0.75，兩水池水面差為4m。求通過虹吸管的流量.（水溫為15C)圖645精品文檔精品文檔【解】取兩水面分別為l-1和22斷面，寫能量方程H+0+0=0+0+0+hw水頭損失%=勸f+工也因Re不知，雖已知/d=23=0,03仍不能確定入值，所以先假設(shè)入:0.025.由表6-4-3查100得進(jìn)=0.5出=1.0,4=(0.025券+0.5+2X0.75-L0解得v=2.733m/s驗(yàn)算入假定是否正確：由表6-1-2查得v=1.14lx10-6

3、m2/s,p32.733X0.】”門口u雇=T=E5W-2*526按&=2.4X10*與/=().0。3查圖644得0）的情況下，邊界層流動(dòng)速度減小.。在黏性摩擦力和反向壓差的雙重作用下，邊界層厚度增長更決，近壁流速愈小，最后導(dǎo)致近壁處流向改變在下游出現(xiàn)近壁的回流，使邊界層脫離壁面，見圖6-4-7。邊界層與壁面開始分離的點(diǎn)稱為分離點(diǎn)。過分離點(diǎn)后的回流稱為尾流，常伴隨著漩渦圖 6-47邊界層的分離和漩渦區(qū)的存在是造成局部損失的主要原因。因?yàn)殇鰷u區(qū)的存在大大增加了紊流的紊動(dòng)程度；漩渦區(qū)壓縮了主流的過流斷面，引起過流斷面上流速重新分布，流速梯度增大了，也就增大了流層間的切應(yīng)力；漩渦區(qū)內(nèi)部不斷消耗的能

4、量，也是來自主流，同時(shí)下游一定范圍的紊流脈動(dòng)也將加劇，從而加大了這段長度上的水頭損失。（三）繞流阻力在外部流動(dòng)中，黏性流體繞物體流動(dòng)或物體在流體中運(yùn)動(dòng)，物體受到的阻力稱為繞流阻力。繞流阻力可分為摩擦阻力和壓差阻力。摩擦阻力是作用在物體表面上的切應(yīng)力在來流方向的總和。壓差阻力是物面上壓應(yīng)力的合力在來流方向的分量。主要是由于邊界層分離后尾流區(qū)壓強(qiáng)降低引起上游面和下游面的壓差精品文檔精品文檔形成的。所以壓差阻力由物面形狀決定，也稱形狀阻力各種形狀物體的繞流阻力D由下式確定：(6-4-26)式中A為繞流物體在垂直于來流速度方向的最大投影面積；p為流體密度；U0為來流速度（相對于繞流物體的速度）；G為繞

5、流阻力系數(shù)，圓柱和球的阻力系數(shù)見圖6-4-8.0,10.2015 I 2 S W 20 50IQ0 20Q 5D0L0M 100001000001000000而圖648皖浙阻力系數(shù)%.留球阻力系數(shù)I3）圓柱形阻力系數(shù)【例6-4-4圓柱形煙囪高l=30m,直徑d=1.2m,水平風(fēng)速uo=12m/s.空氣p=1.2kg/m,v=15X10-6n2/s.求煙囪所受風(fēng)的推力?！窘狻縍e=端=普1日=0.96X10flm15X查圖6-4-8(b)得Cd=0.30D=Qd咤=0.30XI.KX30X2y=933N第五節(jié)孔口、管嘴出流、有壓管道恒定流一、薄壁小孔口恒定出流流體經(jīng)孔口流出稱為孔口出流。如圖6-

6、5-1。當(dāng)容器中水位（或壓強(qiáng)）不變，孔口的出流量恒定時(shí)，稱為恒定出流。當(dāng)容器壁比較薄，或孔口具有銳緣時(shí)，孔口的壁厚對出流沒有干擾作用，稱為薄壁孔口.流體從容器的四面八方流向孔口，流線成光滑曲線向孔口集中，在孔口斷面上流線不相平行，繼續(xù)收縮至距孔口斷面d/2（d為孔口直徑）處流線才趨于平行，此斷面稱為收縮斷面，即圖6-5-1中斷面c-c。收縮斷面的面積Ac小于孔口面積A,其比值=Ac/A,稱為收縮系數(shù)。當(dāng)孔口斷面尺寸遠(yuǎn)小于作用水頭H,如圓形孔口d/HK0.1,c-c斷面上各點(diǎn)流速可以認(rèn)為相等，此時(shí)孔口稱為小孔口。圖6-5-1孔口出流取o-o斷面和c-c斷面寫能量方程，取通過孔口中心的水平面為基準(zhǔn)

7、面有：H+四+蟀=。+/+隼嗟+%（5-5-1）售2g偌在如圖6-5-1所示，孔口液流流人大氣，稱為自由出流.此時(shí)c-c斷面壓強(qiáng)pc為大氣壓強(qiáng).hw為液流經(jīng)過孔口的局部損失令乩=H卜竽=L0則(6-5-2)必=瓦 =+八+ ft(5-5-3)精品文檔精品文檔精品文檔s式中Ho一作用水頭（包括流速水頭在內(nèi)h孔口局部阻力系數(shù)；孔口的出流量(6-5-4)Q工vtAc印4J2gHi=川-/ZgH9式中戶e6稱為孔口的流量系數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，圓形小孔口6=0.970.98,/0.60-0.62.孔口在器壁上的位置影響收縮的狀況。如孔口的兩邊或一邊同容器的壁或底重合時(shí)，順壁面流向孔口的流線是直線，孔口的這一

8、邊就不發(fā)生收縮，稱為非全部收縮。當(dāng)孔口的邊與相鄰器壁相距小于三倍孔口尺寸時(shí)，鄰壁將影響孔口的收縮，稱為非完善收縮。在以上情況下，收縮系數(shù)將比完善收縮時(shí)增大薄壁小孔口完善收縮時(shí)=0.64.對于d/H0.1的大孔口，也可近似應(yīng)用小孔口的公式，此時(shí)H。為大孔口形心上的作用水頭.流量系數(shù)見表6-5-1。6-5-2 。此時(shí)取斷如果孔口位于下游液面以下，即流體經(jīng)孔口流人同一流體中，稱為淹沒出流。如圖面1-1和2-2寫能量方程，可得邊界條件流貴系數(shù)中等尺度的孔口，沒有導(dǎo)堵.全郃收縮0. 65大孔1全部.不完善收縮0. 70底部孔口，先善收縮D. 65-0. 7C.底部孔口，不完善收縮0.75大孔口的流量系數(shù)

9、出S 6-51底部孔口、惻面有導(dǎo)墻g匕-蟲8m圖6-5-2淹沒出流示意H+嚶=氏+0十嬰十鼠2g2g令=玨Ht1功優(yōu)1rM讀%=晨=4+U）.式中5一孔口阻力系數(shù)；,c,s一突然擴(kuò)大阻力系數(shù)，,c,sy1.0；*：/1+fcQ=枝A必式（6-5-5）與式（6-5-4）形式完全一樣，流量系數(shù)產(chǎn)值也相同，只有H）的涵義不同。當(dāng)容器相當(dāng)大時(shí)，V。=或0?？梢哉J(rèn)為HfH,則自由出流時(shí)的作用水頭為液面至孔口中心的深度；淹沒出流精品文檔時(shí)作用水頭為兩液面的高差。二、管嘴的恒定出流在孔口周界上連接一長度l-3d4d(d為孔口直徑)的短管，流體經(jīng)短管流出，并在出口斷面形成滿管流，這樣的流動(dòng)稱管嘴出流。如圖6-

10、5-3的圓柱形外管嘴，流體進(jìn)人管嘴直至收縮斷面c-c的流動(dòng)情況與孔口相同.由于收縮，使流體與管壁分離，形成漩渦區(qū)。然后液流再擴(kuò)大充滿整個(gè)管道斷面后流出設(shè)水箱水位不變，表面為大氣壓強(qiáng)，則有1?16-5-3流體進(jìn)入管嘴收縮示意乩十嗯=察+鼠式中hw為管嘴的水頭損失，因長度不大，忽略沿程損失則鼠=fD”n為管嘴的局部阻力系數(shù)，相當(dāng)于管道進(jìn)口的局部阻力系數(shù)=0.5.v為管嘴出口斷面的平均流速。最后得到V-(6-5-6)4食+QQ-M=帕4=(inA(6-5-7)式中(h為管嘴的流速系數(shù)，n為管嘴的流量系數(shù)。由于出口斷面無收縮，6n=n。由實(shí)驗(yàn)資料得圓柱形外管嘴的流量系數(shù)=0.82.這樣在作用水頭、直徑

11、相同時(shí)，管嘴出流的流量比孔口要大1.32倍。管嘴的局部阻力比孔口大，為何流量反比孔口大呢？這是管嘴的水流現(xiàn)象造成的，因?yàn)樵诠茏斓氖湛s斷面上形成了真空?？梢宰C明，其真空度為其作用水頭的0.75倍即 是 =0.75H 0 -在c-c斷面真空的抽吸作用下，流量增大。但真空度達(dá)7m水柱以上時(shí)，液體將會(huì)汽化或空氣會(huì)自管口壓人，收縮斷面的真空將被破壞。因此對真空度要加以限制，從而限制了作用水頭H079rn0.75綜上所述，要使圓柱形管嘴正常工作需滿足1=(3-4)d及Ho9m的條件。三、有壓管道恒定流液體充滿整個(gè)管道斷面，管壁處處受到液流的壓強(qiáng)作用，此壓強(qiáng)一般不等于大氣壓強(qiáng)，這種流動(dòng)稱有壓管流。當(dāng)管流中各運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間變化，則稱為有壓管道恒定流。其中也包括了不考慮壓縮性的氣體在管道中的恒定流動(dòng)。有壓管道恒定流的水力計(jì)算主要是確定管道中通過的流量.確定相應(yīng)的水頭；確定某斷面的壓強(qiáng)或壓強(qiáng)沿管線的變化。根據(jù)布置不同，可分為簡單管道，串并聯(lián)管道。(一)簡單管道管徑不變，沒有分支的管道稱為簡單管道，見圖6-5-4。水流自水池I經(jīng)管道流至水池II。兩水池水面差為Ho取上下游斷面1-1和22，以II池水面為