軌道交通暖通空調(diào)與給排水系統(tǒng)基礎(chǔ)知識-流體力學(xué)

不可壓縮一元流體動力學(xué)教學(xué)目標(biāo)掌握不可壓縮一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)，包括相關(guān)基本概念與核心方程式教學(xué)重點流體動力學(xué)基本概念連續(xù)性方程微分方程伯努利方程動量方程目錄0102030405描述流體運動的兩種方法流體運動的基本概念連續(xù)性方程微分方程伯努利方程06動量方程一.描述流體運動的兩種方法流體是由無限多的連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成，流體的運動一般都是在固體壁面所限制的空間內(nèi)外進行的，流體在流動過程中將連續(xù)地占據(jù)這些空間。我們把流體流動所占據(jù)的全部空間稱為流場（flowfield）。流體力學(xué)的主要任務(wù)就是研究流場中流體的運動規(guī)律。一.描述流體運動的兩種方法1.拉格朗日方法（lagrangianmethod）是以流場中每一流體質(zhì)點作為描述流體運動的方法，它以流體個別質(zhì)點隨時間的運動為基礎(chǔ)，通過綜合足夠多的質(zhì)點（即質(zhì)點系）運動求得整個流動。研究對象：流體質(zhì)點xyz12點1點2一.描述流體運動的兩種方法2.歐拉法（eulermethod）是以流體質(zhì)點流經(jīng)流場中各空間點的運動來研究流動的方法。研究對象：流場t1xyz12t2一.描述流體運動的兩種方法拉格朗日法歐拉法分別描述有限質(zhì)點的軌跡同時描述所有質(zhì)點的瞬時參數(shù)不能直接反映參數(shù)的空間分布直接反映參數(shù)的空間分布不適合描述流體微元的運動變形特性適合描述流體微元的運動變形特性二.流體運動的基本概念1.流量和流速流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)設(shè)備或管道任一截面的流體數(shù)量體積流量：

單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體體積，單位m3/s或m3/h。

質(zhì)量流量：

單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體質(zhì)量，單位:kg/s或kg/h。

流速：流體質(zhì)點在單位時間內(nèi)在流動方向上所流經(jīng)的距離。

平均流速：流體的體積流量qV除以管道截面積A，單位m/s。質(zhì)量流速：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位面積的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流速，單位kg/（m2

s）。

二.流體運動的基本概念2.流線和跡線流線：在某一時刻，各點的切線方向與該點的流體質(zhì)點的流速方向重合的空間曲線。

跡線：流體中同一質(zhì)點在不同時刻所占有的空間位置連成的空間曲線。

二.流體運動的基本概念3.元流和總流流管：在流場中任意取一條微小封閉曲線（不是流線），經(jīng)封閉曲線上各點作流線所構(gòu)成的管狀表面稱為流管。

元流：充滿流管內(nèi)的流體稱為元流。

總流：無數(shù)元流的總和（以整個流動邊界作為流動空間）稱為總流。二.流體運動的基本概念4.流動分類按空間維數(shù)分一元流動：流體的物理量僅于一個坐標(biāo)自變量有關(guān)。二元流動：流體的物理量僅于二個坐標(biāo)自變量有關(guān)三元流動：流體的物理量僅于三個坐標(biāo)自變量有關(guān)。按流體性質(zhì)分理想流體流動：流體流動不考慮粘性力影響。粘性流體流動：流體流動考慮粘性力影響。不可壓縮流體流動：不考慮流體壓縮性的流動可壓縮流體流動：考慮流體壓縮性的流動二.流體運動的基本概念4.流動分類按空間維數(shù)分定常流動:流動物理參數(shù)不隨時間而變化。非定常流動:流動物理參數(shù)隨時間而變化。有旋流動：流體在流動中，流場中有若干處流體微團具有繞通過其自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動。無旋流動：在整個流場中各處的流體微團均不繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動。層流流動：流體流動呈一簇互相平行的流線（流體質(zhì)點互不干擾地前進）。紊流流動：流體流動呈現(xiàn)一種紊亂不規(guī)則的狀態(tài)。三.連續(xù)性方程一元流動的連續(xù)性方程在管道中取一微小流束，并取一微小段ds，設(shè)流進ds的面積為dA,速度為u。則單位時間內(nèi)流進和流出微小段ds內(nèi)的流體質(zhì)量之和為略去高階微項，簡化為可得，ρudA=常數(shù)——連續(xù)性方程三.連續(xù)性方程一元流動的連續(xù)性方程在管在整個截面積上積分后得：ρvA=ρQ=常數(shù)即：ρ1v1A1=ρ2v2A2=常數(shù)對于不可壓縮性流體，則有：v1A1=v2A2=vA=Q=常數(shù)四.微分方程理想流體運動微分方程在某一給定的瞬間，從流動的不可壓縮性理想流體中任取一微平行六面體。表面力：x軸方向上作用在微六面體上的壓力dxdydzzoxyp質(zhì)量力：設(shè)在x軸方向上流體單位質(zhì)量的質(zhì)量力為X，則該方向上微六面體的質(zhì)量力為Xρdxdydz四.微分方程理想流體運動微分方程設(shè)微六面體加速度在x軸上的分量為慣性力：則，質(zhì)量力+表面力=慣性力可得：同理：（歐拉運動微分方程）五.伯努利方程五.伯努利方程1.理想流體微小流束的柏努利方程假定不可壓縮性的理想流體的微元流束（沿著一條流線）在重力場作恒定流動。不可壓縮的理想流體微小流束在重力場中作恒定流動時的柏努利方程，它是歐拉運動方程式在特定條件下沿流線積分的結(jié)果。Z——單位重量的流體對于基準(zhǔn)面所具有的位能P/γ——單位重量流體所具有的壓力勢能五.伯努利方程2.實際流體微小流束的柏努利方程對于不可壓縮粘性流體的微細(xì)流作恒定時，若流體從1-1截面流向2-2截面，有：此時的柏努利方程為：hL1-2——因克服截面1-1與2-2之間的阻力，單位重量流體所消耗的機械能（或壓頭）稱為壓頭損失五.伯努利方程3.實際流體總流的柏努利方程對于整體流，在單位時間內(nèi)經(jīng)截面積A流過的流體所具有的機械能則為假設(shè)流體流動為漸（緩）變流，對于粘性流體的整體，作恒定流動時，在由截面1－1流向截面2－2之間流體的柏努利方程式是：取α=1，則：六.動量方程將動量原理作用于作恒定流動的流體在體積D內(nèi)流體的質(zhì)量是：在單位時間內(nèi)動量的變化：A22’在體積C內(nèi)流體的質(zhì)量是：動量定理：恒定流連續(xù)性方程：六.動量方程動量方程：由于使用動量方程式時牽涉到好幾個矢量的和差計算，為方便起見，最好先將這些量分解到x、y軸上，求出其分量，然后再進行合成。附面層與繞流阻力教學(xué)目標(biāo)掌握繞流運動與附面層基本概念，了解卡門渦街現(xiàn)象，掌握不同形式繞流阻力升力計算方法教學(xué)重點繞流運動基本概念繞流阻力、升力計算方法懸浮速度定義與求解目錄01020304繞流運動與附面層基本概念曲面附面層分離現(xiàn)象與卡門渦街繞流阻力和升力懸浮速度一.繞流運動與附面層基本概念三種基本形式：流體繞靜止物體運動、物體在靜止流體中運動、物體和流體作相對運動繞流運動：流體繞過不同幾何形狀固體邊界的流動在繞流中，流體作用在物體上的力可以分為兩個分量：一個是垂直于來流方向的作用力，叫做繞流升力；另一個是平行于來流方向的作用力，叫做繞流阻力。一.繞流運動與附面層基本概念繞流阻力由兩類阻力組成：摩擦阻力和形狀阻力摩擦阻力是由流體的粘滯性所產(chǎn)生的，主要發(fā)生在緊靠物體表面的一個流速梯度很大、厚度極薄的一層流體薄層內(nèi)，這個薄層叫附面層。形狀阻力主要是指流體繞曲面體或具有銳緣棱角的物體流動時，附面層發(fā)生分離，從而產(chǎn)生旋渦所產(chǎn)生的阻力。這種阻力與物體形狀有關(guān)，故稱為形狀阻力。一.繞流運動與附面層基本概念附面層：緊貼物體表面法向速度梯度很大，必須考慮黏性的流體薄層。附面層的特性：（1）附面層厚度沿流動方向逐漸增加。（2）附面層內(nèi)流體存在紊流與層流兩種流動型態(tài)。（3）附面層內(nèi)沿物體表面外法線（厚度）方向，存在很大速度梯度，形成摩擦阻力。（4）附面層內(nèi)，沿物體表面法線方向上壓強保持不變。二.曲面附面層分離現(xiàn)象與卡門渦街當(dāng)流體繞過表面為曲面的物體流動時，稱為繞曲面流動。在緊貼曲面的表面上也形成的附面層稱為曲面附面層，流動分成勢流區(qū)流動和附面層流動。二.曲面附面層分離現(xiàn)象與卡門渦街當(dāng)流體繞圓柱體流動時，在圓柱體后半部分流體處于減速增壓區(qū)，附面層發(fā)生分離。分離點位置及所形成的流動圖形取決于雷諾數(shù)。當(dāng)時，分離點S對稱地發(fā)生在圓柱體的后半部稍后位置。形成兩個旋轉(zhuǎn)方向相對的對稱旋渦。隨著RE增大，分離點S不斷向前移動，如圖(a)所示；當(dāng)增大到40～70時，可觀察到尾流中有周期性的振蕩，如圖b）所示；當(dāng)Re達到90左右，旋渦不再對稱發(fā)生，而是交替地釋放出來，形成有序的排列圖形，如圖（c）所示。這種交換有序排列的旋渦尾流，由匈牙利人馮·卡門所發(fā)現(xiàn)，故稱為卡門渦街。（c）三.繞流阻力和升力1.繞流阻力的計算繞流阻力包括摩擦阻力和形狀阻力。附面層理論用于求摩擦阻力，形狀阻力一般依靠實驗決定。繞流阻力常用計算公式：D—物體所受的繞流阻力Cd—阻力系數(shù)A—物體的投影面積u0—未受干擾時的來流速度—流體的密度三.繞流阻力和升力只有摩擦阻力而無形狀阻力的繞流流動，其阻力計算公式為：u0—未受干擾時的來流速度—流體的密度Df—物體所受的摩擦阻力，Cf—摩阻系數(shù)；Af—流體與物體接觸的摩擦面積三.繞流阻力和升力（1）繞平板流動的摩阻系數(shù)Cf流體平行于平板的繞流流動，是一種典型的只有摩擦阻力而無形狀阻力的流動，因此僅與附面層中的流動狀態(tài)有關(guān)。（2）繞圓球流動的阻力系數(shù)Cd以雷諾數(shù)Re為橫坐標(biāo)，Cd為縱坐標(biāo)，將Re、Cd繪在對數(shù)坐標(biāo)紙上，同時把不同雷諾數(shù)下對應(yīng)的阻力系數(shù)的實測值也繪在圖中三.繞流阻力和升力Re<1時，斯托克斯公式與實測結(jié)果一致，但這樣小的雷諾數(shù)只能出現(xiàn)在粘性很大的流體（如油類），或粘性雖不大但球體直徑很小的情況下。Re≥1時，斯托克斯公式偏離了實驗曲線.越大，附面層的分離點的位置越向前移，形狀阻力隨之加大，而摩擦阻力則有所減小，因此隨而變化。三.繞流阻力和升力Re≈3X105時，值突然下降。這是由于附面層出現(xiàn)紊流，而紊流的摻混作用，使附面層內(nèi)的流體質(zhì)點取得更多的動能補充，使分離點的位置后移，形狀阻力大大降低。三.繞流阻力和升力當(dāng)Re>3X105以后，Cd值為常數(shù)。這是因為此時圓盤繞流只有形狀阻力，沒有摩擦阻力，附面層的分離點固定在圓盤的邊線上。由于分離點位置保持不變，形狀阻力也就不變，因而Cd值保持不變。（3）繞圓盤流動的阻力系數(shù)Cd三.繞流阻力和升力當(dāng)無限長圓柱體的阻力系數(shù)（4）繞圓柱流動的阻力系數(shù)Cd三.繞流阻力和升力當(dāng)流體流過的物體為非對稱性，或雖是對稱，但來流方向與其對稱軸不平行時。這樣造成繞流物體上部流線的密度大，下部流線的密度較小，從而形成上部流速大于下部流速的流動。由能量方程可得：速度大則壓強小，速度小則壓強大。因此，物體上下表面受到不相等的壓力作用，在垂直于來流速度方向上，將產(chǎn)生向上的作用力，這個力就是升力，用L表示。2.繞流升力三.繞流阻力和升力CL—升力系數(shù)，一般用實驗測定。A—物體的投影面積u0—未受干擾時的來流速度—流體的密度升力的計算公式為四.懸浮速度固體微粒在垂直向上的氣流中受到向上的作用力有繞流阻力和浮力，而受到向下的作用力只有自身的重力。在繞流阻力、浮力與重力的共同作用下，固體微粒將會出現(xiàn)平衡狀態(tài)，即微粒懸浮在空中。使微粒處于懸浮狀態(tài)下的氣流速度，定義為懸浮速度，用uf表示。四.懸浮速度假設(shè)固體微粒都是球狀，其密度為ρm，上升氣流的密度為ρ，ρm>ρ。固體微粒受力情況如下：繞流阻力d——為微粒的直徑；u0——氣流相對于微粒的速度微粒浮力微粒重量四.懸浮速度當(dāng)D+B>G時，微粒隨氣流上升，達到氣粒輸送的效果。當(dāng)D+B<G時，微粒下沉，與氣流反向運動。如果下沉的整個過程都滿足這個條件，微粒就一直下沉到地面，達到除塵的效果。當(dāng)D+B=G時，微粒處于懸浮狀態(tài)。此時u0=ui，由此條件，可以求得懸浮速度。不可壓縮一元流體動力學(xué)教學(xué)目標(biāo)掌握不可壓縮一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)，包括相關(guān)基本概念與核心方程式教學(xué)重點流體動力學(xué)基本概念連續(xù)性方程微分方程伯努利方程動量方程目錄0102030405描述流體運動的兩種方法流體運動的基本概念連續(xù)性方程微分方程伯努利方程06動量方程一.描述流體運動的兩種方法流體是由無限多的連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成，流體的運動一般都是在固體壁面所限制的空間內(nèi)外進行的，流體在流動過程中將連續(xù)地占據(jù)這些空間。我們把流體流動所占據(jù)的全部空間稱為流場（flowfield）。流體力學(xué)的主要任務(wù)就是研究流場中流體的運動規(guī)律。一.描述流體運動的兩種方法1.拉格朗日方法（lagrangianmethod）是以流場中每一流體質(zhì)點作為描述流體運動的方法，它以流體個別質(zhì)點隨時間的運動為基礎(chǔ)，通過綜合足夠多的質(zhì)點（即質(zhì)點系）運動求得整個流動。研究對象：流體質(zhì)點xyz12點1點2一.描述流體運動的兩種方法2.歐拉法（eulermethod）是以流體質(zhì)點流經(jīng)流場中各空間點的運動來研究流動的方法。研究對象：流場t1xyz12t2一.描述流體運動的兩種方法拉格朗日法歐拉法分別描述有限質(zhì)點的軌跡同時描述所有質(zhì)點的瞬時參數(shù)不能直接反映參數(shù)的空間分布直接反映參數(shù)的空間分布不適合描述流體微元的運動變形特性適合描述流體微元的運動變形特性二.流體運動的基本概念1.流量和流速流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)設(shè)備或管道任一截面的流體數(shù)量體積流量：

單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體體積，單位m3/s或m3/h。

質(zhì)量流量：

單位時間內(nèi)通過過流斷面的流體質(zhì)量，單位:kg/s或kg/h。

流速：流體質(zhì)點在單位時間內(nèi)在流動方向上所流經(jīng)的距離。

平均流速：流體的體積流量qV除以管道截面積A，單位m/s。質(zhì)量流速：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位面積的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流速，單位kg/（m2

s）。

二.流體運動的基本概念2.流線和跡線流線：在某一時刻，各點的切線方向與該點的流體質(zhì)點的流速方向重合的空間曲線。

跡線：流體中同一質(zhì)點在不同時刻所占有的空間位置連成的空間曲線。

二.流體運動的基本概念3.元流和總流流管：在流場中任意取一條微小封閉曲線（不是流線），經(jīng)封閉曲線上各點作流線所構(gòu)成的管狀表面稱為流管。

元流：充滿流管內(nèi)的流體稱為元流。

總流：無數(shù)元流的總和（以整個流動邊界作為流動空間）稱為總流。二.流體運動的基本概念4.流動分類按空間維數(shù)分一元流動：流體的物理量僅于一個坐標(biāo)自變量有關(guān)。二元流動：流體的物理量僅于二個坐標(biāo)自變量有關(guān)三元流動：流體的物理量僅于三個坐標(biāo)自變量有關(guān)。按流體性質(zhì)分理想流體流動：流體流動不考慮粘性力影響。粘性流體流動：流體流動考慮粘性力影響。不可壓縮流體流動：不考慮流體壓縮性的流動可壓縮流體流動：考慮流體壓縮性的流動二.流體運動的基本概念4.流動分類按空間維數(shù)分定常流動:流動物理參數(shù)不隨時間而變化。非定常流動:流動物理參數(shù)隨時間而變化。有旋流動：流體在流動中，流場中有若干處流體微團具有繞通過其自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動。無旋流動：在整個流場中各處的流體微團均不繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動。層流流動：流體流動呈一簇互相平行的流線（流體質(zhì)點互不干擾地前進）。紊流流動：流體流動呈現(xiàn)一種紊亂不規(guī)則的狀態(tài)。三.連續(xù)性方程一元流動的連續(xù)性方程在管道中取一微小流束，并取一微小段ds，設(shè)流進ds的面積為dA,速度為u。則單位時間內(nèi)流進和流出微小段ds內(nèi)的流體質(zhì)量之和為略去高階微項，簡化為可得，ρudA=常數(shù)——連續(xù)性方程三.連續(xù)性方程一元流動的連續(xù)性方程在管在整個截面積上積分后得：ρvA=ρQ=常數(shù)即：ρ1v1A1=ρ2v2A2=常數(shù)對于不可壓縮性流體，則有：v1A1=v2A2=vA=Q=常數(shù)四.微分方程理想流體運動微分方程在某一給定的瞬間，從流動的不可壓縮性理想流體中任取一微平行六面體。表面力：x軸方向上作用在微六面體上的壓力dxdydzzoxyp質(zhì)量力：設(shè)在x軸方向上流體單位質(zhì)量的質(zhì)量力為X，則該方向上微六面體的質(zhì)量力為Xρdxdydz四.微分方程理想流體運動微分方程設(shè)微六面體加速度在x軸上的分量為慣性力：則，質(zhì)量力+表面力=慣性力可得：同理：（歐拉運動微分方程）五.伯努利方程五.伯努利方程1.理想流體微小流束的柏努利方程假定不可壓縮性的理想流體的微元流束（沿著一條流線）在重力場作恒定流動。不可壓縮的理想流體微小流束在重力場中作恒定流動時的柏努利方程，它是歐拉運動方程式在特定條件下沿流線積分的結(jié)果。Z——單位重量的流體對于基準(zhǔn)面所具有的位能P/γ——單位重量流體所具有的壓力勢能五.伯努利方程2.實際流體微小流束的柏努利方程對于不可壓縮粘性流體的微細(xì)流作恒定時，若流體從1-1截面流向2-2截面，有：此時的柏努利方程為：hL1-2——因克服截面1-1與2-2之間的阻力，單位重量流體所消耗的機械能（或壓頭）稱為壓頭損失五.伯努利方程3.實際流體總流的柏努利方程對于整體流，在單位時間內(nèi)經(jīng)截面積A流過的流體所具有的機械能則為假設(shè)流體流動為漸（緩）變流，對于粘性流體的整體，作恒定流動時，在由截面1－1流向截面2－2之間流體的柏努利方程式是：取α=1，則：六.動量方程將動量原理作用于作恒定流動的流體在體積D內(nèi)流體的質(zhì)量是：在單位時間內(nèi)動量的變化：A22’在體積C內(nèi)流體的質(zhì)量是：動量定理：恒定流連續(xù)性方程：六.動量方程動量方程：由于使用動量方程式時牽涉到好幾個矢量的和差計算，為方便起見，最好先將這些量分解到x、y軸上，求出其分量，然后再進行合成。流體阻力和能量損失教學(xué)目標(biāo)掌握能量損失的不同形式，能夠通過雷諾數(shù)判別流態(tài)，熟知幾種形式能量損失及相關(guān)系數(shù)的求取方法。教學(xué)重點流態(tài)基本概念雷諾數(shù)能量損失計算相關(guān)圖表求取相應(yīng)系數(shù)目錄01020304流動阻力和能量損失的兩種形式兩種流態(tài)與雷諾試驗沿程水頭損失局部損失一.流動阻力和能量損失的兩種形式在邊壁沿程不變的管段上，流速基本上是沿程不變的，流動阻力只有沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力?？朔爻套枇σ鸬哪芰繐p失，稱為沿程損失，用hf（或Hf）表示。1.沿程阻力和沿程損失一.流動阻力和能量損失的兩種形式在邊界急劇變化的區(qū)域，由于出現(xiàn)了漩渦區(qū)和速度分布的變化，流動阻力大大增加，形成比較集中的能量損失。這種阻力稱為局部阻力，相應(yīng)的能量損失稱為局部損失，用hj（或Hj）表示。2.局部阻力和局部損失一.流動阻力和能量損失的兩種形式整個管路的能量損失等于各管段的沿程損失和所有局部損失的總和：3.能量損失計算

hL=Σhf+Σhj工程上常用的能量損失計算公式如下沿程水頭損失：局部水頭損失：（壓力損失形式）L—管長m

d—管徑m

V—斷面平均流速m/s

λ—沿程阻力系數(shù)

ζ—局部阻力系數(shù)二.兩種流態(tài)與雷諾試驗流態(tài)實驗——雷諾實驗層流：液體沿管軸方向流動時，流束之間或流體層與層之間彼此不相混雜，質(zhì)點沒有徑向的運動，都保持各自的流線運動。紊流：管流中各部分流體質(zhì)點相互劇烈摻混。二.兩種流態(tài)與雷諾試驗臨界流速：流動狀態(tài)轉(zhuǎn)化時的流速上臨界流速Vk′：由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r的流速下臨界流速Vk：由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r的流速流態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)——臨界雷諾數(shù)實驗表明：引入比例系數(shù)Rek二.兩種流態(tài)與雷諾試驗有壓圓管流流態(tài)的判別方法對于有壓圓管流Rek=2000實際雷諾數(shù)：Re≤2000，則為層流Re>2000，則為紊流Tips：工程中實際流體（如水、空氣、蒸汽等）的流動，幾乎都是紊流，只有黏性較大的液體（如石油、潤滑油、重油等）在低速流動中，才會出現(xiàn)層流。二.兩種流態(tài)與雷諾試驗雷諾數(shù)反映慣性力與粘滯力的比值。實際雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)，反映粘滯力作用強，流體質(zhì)點受粘滯力約束，處于層流狀態(tài)；實際雷諾數(shù)大于臨界雷諾數(shù)，反映慣性力起主導(dǎo)作用，粘滯力不足以約束流層間互相混雜的流體質(zhì)點，流體便處于紊流狀態(tài)。三.沿程水頭損失1.圓管層流運動為沿程阻力系數(shù)，層流中僅與雷諾數(shù)有關(guān)2.圓管紊流運動水力光滑：λ為Re的函數(shù)水力粗糙：λ為Re及K/d的函數(shù)達西公式k——絕對粗糙度k/d——相對粗糙度三.沿程水頭損失尼古拉茲實驗（1933-1934）實驗曲線三.沿程水頭損失尼古拉茲實驗（1933-1934）實驗曲線Ⅰ區(qū)（ab線，lgRe<3.3，Re<2000）層流λ=f（Re）Ⅱ區(qū)（bc線，lgRe=3.3~3.6，Re=2000~4000）過渡區(qū)λ=f（Re）三.沿程水頭損失尼古拉茲實驗（1933-1934）Ⅳ區(qū)（cd、ef之間的曲線族）紊流過渡區(qū)λ=f（Re，k/d）Ⅴ區(qū)（ef右側(cè)水平的直線族）紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）λ=f（k/d）三.沿程水頭損失紊流沿程損失系數(shù)（1）紊流光滑區(qū)尼古拉茲光滑區(qū)公式經(jīng)驗公式：布拉修斯公式三.沿程水頭損失紊流沿程損失系數(shù)（2）紊流粗糙區(qū)經(jīng)驗公式：希弗林松公式三.沿程水頭損失紊流沿程損失系數(shù)（3）紊流過渡區(qū)a.工業(yè)管道當(dāng)量粗糙度ke——和工業(yè)管道粗糙區(qū)值相等的同直徑的尼古拉茲粗糙管的粗糙度三.沿程水頭損失紊流沿程損失系數(shù)（3）紊流過渡區(qū)b.莫迪圖三.沿程水頭損失紊流沿程損失系數(shù)（3）紊流過渡區(qū)c.柯列勃洛克公式經(jīng)驗公式：希弗林松公式四.局部損失局部損失產(chǎn)生的原因（1）過流斷面突變處，流體因慣性與管壁脫離形成旋渦區(qū)（2）主流與旋渦之間的流體質(zhì)點發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦四.局部損失局部損失的計算公式hj——局部水頭損失，mξ——局部阻力系數(shù)v——斷面平均流速，m/s，一般指局部損失發(fā)生后的斷面四.局部損失幾種常見的局部損失系數(shù)（1）突然擴大（2）突然縮小（3）漸擴管（4）漸縮管查圖表（5）三通管查圖表管路計算教學(xué)目標(biāo)熟記簡單管路、串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及均勻流管路的定義，水擊的概念，能夠運用簡單管路、串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及均勻流管路的水力計算式教學(xué)重點簡單管路的概念，簡單管路的計算，串、并聯(lián)管路及其計算，有壓管路中的水擊，均勻流管路及其計算目錄01020304簡單管路的計算串聯(lián)、并聯(lián)管路的計算有壓管路中的水擊沿途均勻管路的計算一.簡單管路的計算簡單管路是指具有相同管徑d，相同流量Q的管段，它是組成各種復(fù)雜管路的基本單元。1.簡單管路一.簡單管路的計算因出口局部阻力系數(shù)ζ0=1，上式可簡化為：以0-0為基準(zhǔn)線，列1-1，2-2兩斷面間的能量方程式（忽略自由液面速度，且出流流至大氣）因則令可得一.簡單管路的計算用阻抗表示簡單管路的流動規(guī)律非常簡練，它表示的規(guī)律為：簡單管路中，總阻力損失與體積流量平方成正比。這一規(guī)律在管路計算中廣為應(yīng)用。對于一定的流體（即γ、ρ一定），在d、l已給定時，S只隨λ和變化。S對已給定的管路是一個定數(shù)，它綜合反映了管路上的沿程阻力和局部阻力情況，故稱為管路阻抗。一.簡單管路的計算以0-0為基準(zhǔn)面，列1-1，2-2兩斷面間的能量方程，移項后得：以水泵向水箱送水的簡單管路（d及Q不變）為例：略去液面速度水頭，輸入水頭為：一.簡單管路的計算以水平線0-0為基準(zhǔn)面，列出1-1、2-2能量方程：虹吸管令虹吸管中存在真空區(qū)段是它的流動特點，控制真空高度則是虹吸管的正常工作條件則一.簡單管路的計算式中圖中——進口阻力系數(shù)——轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)——出口阻力系數(shù)一.簡單管路的計算可得虹吸管的速度及流量計算公式由于一.簡單管路的計算由于為計算最大真空高度，取1-1及最高斷面C-C列能量方程上式簡化為將v式代入可得為了保證虹吸管正常工作，計算所得的真空高度應(yīng)小于最大允許值[hv]串聯(lián)管路是由許多簡單管路首尾相接組合而成1.串聯(lián)管路管段相接之點稱為節(jié)點，如圖中a點、b點。在每個節(jié)點上都遵循質(zhì)量平衡原理（流入的質(zhì)量流量與流出的質(zhì)量流量相等）管路的阻力損失為所以Q1=Q2=Q3二.串聯(lián)、并聯(lián)管路的計算二.串聯(lián)、并聯(lián)管路的計算流體從總管路節(jié)點上分出兩根以上的管段，而這些管段同時又匯集到另一節(jié)點上，在兩節(jié)點間的各管段稱為并聯(lián)管路。2.并聯(lián)管路由質(zhì)量平衡原理，則a點上流量為并聯(lián)節(jié)點a、b間的阻力損失設(shè)S為并聯(lián)管路的總阻抗，Q為總流量，則有整理得并聯(lián)管路流量分配規(guī)律2.并聯(lián)管路各分支管路的管段幾何尺寸、局部構(gòu)件確定后，按照節(jié)點間各分支管路的阻力損失相等來分配各支管上的流量，阻抗S大的支管其流量小，S小的支管其流量大。二.串聯(lián)、并聯(lián)管路的計算在有壓管路中，由于某些外界原因，使管中流速突然發(fā)生變化，從而導(dǎo)致壓強大幅度急劇升高和降低，這種交替變化的水力現(xiàn)象稱為水擊。管路內(nèi)水流速度突然變化是產(chǎn)生水擊的外界條件，而水流本身具有慣性及壓縮性則是產(chǎn)生水擊的內(nèi)在原因。三.有壓管路中的水擊由于水擊而產(chǎn)生的彈性波稱為水擊波。水擊波的傳播速度C可按下式計算：C0——聲波在水中的傳播速度，m/s；E0——水的彈性模量，E0=2.07×105N/cm2；E——管壁的彈性模量；d——管路直徑，m；δ——管壁厚度，m。三.有壓管路中的水擊1.直接水擊設(shè)閥門關(guān)閉時間為TZ，當(dāng)TZ＜2l/C時，則在最早發(fā)出的水擊波返回閥門以前，閥門已全部關(guān)閉，此時產(chǎn)生的水擊稱為直接水擊，其水擊壓強按儒可夫斯基公式計算：三.有壓管路中的水擊Δp=ρC（v0—v）C——水擊波傳播速度，m/s；ρ——水的密度，kg/m3;v——閥門處流速，m/s；v0——管道中流速，m/s。2.間接水擊如果閥門關(guān)閉時間TZ＞2l/C，那么最早發(fā)出的水擊波在閥門尚未完全關(guān)閉前已返回閥門斷面，則增壓和減壓相互疊加而抵消，這種水擊稱為間接水擊。間接水擊的水擊壓強小于直接水擊的水擊壓強。三.有壓管路中的水擊v0——水擊發(fā)生前管中斷面平均流速，m/s；T——水擊波相長，T=2l/C，s；TZ——閥門關(guān)閉時間，s；l——管道長度，m。沿管線長度均勻泄出流量的管路稱為沿途均勻流管路。設(shè)沿途均勻泄流管路長度為l，直徑為d，單位長度管路的途泄流量為q，總途泄流量為Qt，通過管路流到下游的流量為Qz。在M點取一微小管段dx，由于dx很小，故可以認(rèn)為通過微小管段dx的流量QM不變，dx流段可視為均勻流段，通過dx流段的水頭損失dhf為：四.沿途均勻管路的計算整個泄流管路水頭損失比阻A為常數(shù)，則前式積分得：四.沿途均勻管路的計算由于可得引入計算流量Qc，則流體力學(xué)概念及研究內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)掌握流體力學(xué)概念，了解流體力學(xué)主要研究對象、研究方向與研究內(nèi)容教學(xué)重點介紹流體力學(xué)的概念說明并例舉流體力學(xué)研究對象與研究內(nèi)容目錄流體力學(xué)的概念0102流體力學(xué)的主要研究內(nèi)容流體力學(xué)（fluidmechanics）是力學(xué)的一個獨立分支。它是研究流體的平衡和流體的機械運動規(guī)律及其在工程實際中應(yīng)用的一門學(xué)科。一.流體力學(xué)的概念力學(xué)研究中，根據(jù)研究對象的不同，一般可分為：以受力后不變形的絕對剛體為研究對象的理論力學(xué)；以受力后產(chǎn)生微小變形的固體為研究對象的固體力學(xué)；以受力后產(chǎn)生較大變形的流體為研究對象的流體力學(xué)。流體力學(xué)所研究的基本規(guī)律，有兩大組成部分

一是關(guān)于流體平衡的規(guī)律——流體靜力學(xué)。研究流體處于靜止（或相對平衡）狀態(tài)時，作用于流體上的各種力之間的關(guān)系；