流体力学_龙天渝_流动阻力和水头损失
流体力学龙天渝课后答案第五章孔口管嘴管路流动
解�由题得� � � �
1 � 0.707
l
� d � �� �1
6.如上题�当管嘴外空气压强为当地大气压强时�要求管嘴出流流速为 30m/s。此时静压箱 内应保持多少压强�空气密度为 ρ=1.2kg/m3。
解� v � � 2 �p �得 �p � 1.08kN / m 2 �
7.某恒温室采用多孔板送风�风道中的静压为 200Pa�孔口直径为 20mm�空气温度为 20℃� μ=0.8。要求通过风量为 1m3/s。问需要布置多少孔口�
∴负压值为-2.93m 16.如图水泵抽水系统�管长、管径单位为 m�ζ 给于图中�流量 Q=40×10-3m3/s�λ=0.03。 求�
�1�吸水管及压水管的 S 数。 �2�求水泵所需水头。 �3�绘制总水头线。
5
解��1� S H1
=
� 8�� �
�
L1 d1
�
��1 �
2
d
4 1
g
�
2
� �� �
� 8� l1
解�(1)
S P1 �
d1
�
2
d
4 1
�8� l2
SP2 �
d2
�
2
d
4 2
� 8(� l3 � 1)
SP3 �
d3
�
2
d
4 3
S P � S P1 � S P 2 � S P3
p � SPQ2
解得� p � 2500 Pa
�2�铅直安装不会改变总压�因为同种气体位压等于零 �3� p � S P Q 2 � 2830 Pa 18. 并联管路中各支管的流量分配�遵循什么原理�如果要得到各支管中流量相等�该如何 设计管路�
流体力学_龙天渝_建环专业课程教案
《流体力学》课程教案（建筑环境与设备工程专业）第一章绪论1．本章的教学目标及基本要求本章为绪论，涉及到流体的定义、作用在流体上的力、流体的基本物理性质和流体的力学模型。
通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，掌握流体与固体的典型区别，连续介质模型、不可压缩流体和理想流体的定义，了解流体的主要物理性质；掌握流体的受力分析方法，能够正确应用牛顿内摩擦定律分析解决液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
2．本章各节教学内容（列出节名）及学时分配本章教学内容分2单元，每单元2学时单元1：流体力学在本学科中的地位和作用，流体的定义与特点，，作用在流体上的力;流体的惯性, 流体的粘性；习题1-1,4单元2：流体的粘性，压缩性与膨胀性, 不可压缩流体和理想流体的概念，流体的连续介质模型；习题1-7，8，12 3．本章教学内容的重点和难点本章的重点是：本章的教学任务是让学生初步建立起流体及流体力学的基本概念，重点放在流体与固体的本质区别，描述流体的基本模型及流体的主要物理性质。
本章的难点是：熟练、正确进行受力分析；正确运用牛顿内摩擦定律分析求解液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
4. 本章教学内容的深化和拓宽：介绍不可压缩流体的概念及其工程应用意义，说明粘性的外部特性与内部特性的区别。
5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题；本章涉及到较多的物理基本概念，注意时刻提醒学生从最基本的物理现象出发去理解和把握物理概念，在受力分析及应用过程中注意结合以往课程的内容和知识，帮助学生逐步建立将所学知识与工程实际应用相结合的思维习惯。
教学方式以课堂教学为主。
6．本章的主要参考书目：●周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000●屠大燕主编·流体力学与流体机械·北京：中国建筑工业出版社，1999●刘鹤年编·水力学·北京：中国建筑工业出版社，1999●李玉柱苑明顺编·流体力学·北京：高等教育出版社，1998●陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，1992●潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988●汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983●山东工学院东北电力学院·工程流体力学·北京：电力工业出版社，1980●Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson.Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley& Sons,2001●Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6thed. New York: John Wiley & Sons,19827．本章的思考题和习题：习题1-1,4,7,8,12单元11．教学内容：流体力学在本专业中的作用, 流体的定义，惯性、压缩性与膨胀性✧了解流体力学在学科中的地位和作用；✧明确流体的定义；✧了解流体的特点及流体的连续介质模型；✧了解流体惯性的度量方法；✧了解流体的压缩性与膨胀性的定义及数量级；✧明确不可压缩流体的概念。
流动阻力与水头损失 工程流体力学.ppt
uz t
uz x
dx dt
uz y
dy dt
uz z
dz dt
f 1 p 2u u ＋u • u
dt
质量力 压差力
粘性力
当地加 速度力
迁移加速度
§4－4 相似原理与量纲分析
一、量纲基本概念
单位（unit） ：量度各种物理量数值大小的标准量，称单位。如长度
单位为m或cm等。——“量”的表征。
工程流体力学
第四章 流动阻力与水头损失
§4-1管路中流动阻力产生的原因及分类
一、阻力产生的原因 1）流体质点与管壁之间的摩擦撞击 2）管壁的粗糙度，引起涡流 3）管路的长度
湿周 R
水力半径
=2R
A Rh X
§4-1管路中流动阻力产生的原因及分类
一、流动阻力的分类
沿程水头损失 水头损失
局部水头损失
vc ——上临界流速
O
lgvc lgvc’ lgv
层 流： 过渡流： 紊 流：
v vc
vc v vc
v vc
临界雷诺数 雷诺数 Re vd
υ
Re c 2000 ——下临界雷诺数 Rec 14000 ——上临界雷诺数
工程上常用的圆管临界雷诺数
层 流： 过渡流： 紊 流：
Re Re c Re c Re Rec Re Rec
如：速度：dim v=LT-1；加速度dim a=LT-2；力dim F=MLT-2；
动力粘度dim =ML -1 T-1
• 量纲公式:
dim q LTM
• 量纲一的量（无量纲数、纯数，如相似准数）：=0，=0，=0，即
dim q=1，如、及组合量Re等。
Re vd ,
流体力学_龙天渝_流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流
第四章流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流一、学习引导1.流动阻力与水头损失的两种型式：流体通过的边界不同，产生的阻力不同，流动阻力分为沿程阻力与局部阻力。
同样，克服这些阻力产生的能量损失也分为沿程水头损失与局部水头损失。
1）流动阻力沿程阻力：流体边界几何形状沿程不变，均匀分布在流程上的阻力称沿程阻力局部阻力：流体边界发生突变，集中分布在突变处的阻力，如转弯、阀门、进出口、突扩。
2）能量损失沿程水头损失：克服沿程阻力产生的能量损失，h f。
局部水头损失：克服局部阻力产生的能量损失h j。
2.流体的两种流动型态——层流和紊流1）层流与紊流层流：流体质点有条不紊，互不混掺的流动。
紊流：流体质点互相混掺的流动。
2）层流与紊流的判别标准层流与紊流的判别标准为临界雷诺数。
从层流到紊流时为上临界雷诺数，从紊流到层流时为下临界雷诺数。
上临界雷诺数不稳定，通常取下临界雷诺数作为层流与紊流的判别标准圆管流：ek R=2000 Re>2000紊流 Re<2000层流明渠流：ek R=500 Re>500 紊流 Re<500层流圆管流雷诺数：νυd ⋅=Re明渠流雷诺数：νυR ⋅=Re水力半径的计算： X A R =3.均匀流基本方程与沿程水头损失 1）均匀流基本方程RJ γτ=0适用范围：在压管流动，明渠流动。
圆管流中：2rJγτ=200Jr γτ=有： 00r r =ττ00r r ττ= 恒定均匀流中，有压管流的过流断面上切应力成线性分布，中心处τ最小，为零；边壁上τ最大，τ=0τ2）沿程水头损失的计算公式达西公式：圆管流中：g d l h f 22υλ⨯⨯= 明渠流动：g R l h f 242υλ⨯⨯= 达西公式适用：有压管流、明渠流， 层流 、紊流 4.圆管中的层流运动1）流速分布圆管中的层流运动流速分布为一个旋转抛物面：μγ4)(20r r J u -=最大流速位于圆管中心：r=0 ，μγ420m axJr u =平均流速：max22021328u Jd Jr ===μγμγυ2）动能修正系数与动量修正数 动能修正系数：2=α 动量修正数：33.1=β 5.紊流运动的特征和紊流阻力1）紊流运动的特征紊流运动最大的特点是具有脉动性与时均性。
流体力学课件第四章流动阻力和水头损失
l v hf d 2g
2
r w g J 2
w v 8
定义壁剪切速度（摩擦速度） 则
w v
*
v v
*
8
§4-4 圆管中的层流
层流的流动特征
du dy
du du dy dr
du dr
g J
r 2
r du g J 2 dr
层流 紊流
§4-3 沿程水头损失与剪应力的关系
均匀流动方程式
P G cos P2 T 0 1
P p1 A1 1
P2 p2 A2
T w l
G cos gAl cos gA( z1 z2 )
w l p1 p2 ( z1 ) ( z2 ) g g gA
v2 hj 2g
§4-2 粘性流体的两种流态
两种流态
v小
' c
v小
v > vc
v大 v大
临界流速。 下临界流速 vc ——由紊流转化为层流时的流速称为下 临界流速。
vc' ——由层流转化为紊流时的流速称为上 上临界流速
vv
层流 紊流
' c
紊流 层流
a-b-c-e-f f-e-d-b-a
第四章 流动阻力和水头损失
水头损失产生的原因： 一是流体具有粘滞性， 二是流动边界的影响。
§4-1 流动阻力和水头损失的分类
沿程阻力和沿程水头损失
在边界沿程无变化（边壁形状、尺寸、过 流方向均无变化）的均匀流段上，产生的流动 阻力称为沿程阻力或摩擦阻力。由于沿程阻力 做功而引起的水头损失称为沿程水头损失。均 匀流中只有沿程水头损失 h f 。
流动阻力与水头损失教学课件
τ2 — 由脉动引起的紊流附加切应力
1
du dy
由Prantl的动量传递理论：
2
u
x' u
' y
对于紊流，τ2 τ1 ，则
2
u
x' u
' y
由Prantl的混合长度理论：
l 2 ( du )2
dy
—— 建立了脉动值与时均值的关系
四、圆管紊流的速度分布 l2(du )2 dy
【解】体积流量 Q G 0.0708m3 / s
平均流速 Q / A 1m / s
1）100C时的雷诺数
Re vd 120
2）400C时的雷诺数
Re vd 2000
hf
64 Re
l d
v2 2g
907.03m油柱
hf
64 Re
l d
v2 2g
54.42m油柱
对流体绕过球形物体：
Re k
vk d
1
d — 球形物直径
【例】水和油的运动黏度分别为 1 1.79 106 m2 / s 2 30 106 m2 / s 若它们以 v 0.5m / s 的流速在
直径为 d 100mm 的圆管中流动，试确定其流 动状态？
【解】对1－1，2－2列雷诺数方程
将均匀流基本方程代入达西公式，得
0
8
v 2
8 0 v 2
圆管中的层流运动
一、圆管层流速度分布
由均匀流基本方程τ0=ρgr0J/2， J＝hf/l，hf为沿程l的水头损失
流体力学第五章流动阻力和水头损失
hf
hj 总水头线
测压管水头线
1 1 2 2 3 3
4
5
6 6
7 7
8 8
4
5
图5.1 管道流动的水头损失
如图5.1所示的管道流动，在断面2-2与3-3间、4-4与 5-5间、6-6与7-7间，管径沿程不变，流动为流线平 行的均匀流或流线近似平行的渐变流，其水头损失 表现为沿程损失。一般地，渐变流的水头损失也按 只包括沿程损失处理。
τ
τ 0 χl τ 0 l hf = = ρgA ρgR
τ
0
= γ RJ
γ = ρg
2.沿程损失的通用公式 2.沿程损失的通用公式
前述达西公式（5.1） 前述达西公式（5.1）是计算圆管层流和紊流两种流态下沿 程水头损失hf的通用公式， hf的通用公式 程水头损失hf的通用公式，为了适用于非圆截面的沿程水 头损失计算， 5.1）可写成下列形式： 头损失计算，式（5.1）可写成下列形式：
γ = ρg
τ R' = τ0 R
切应力分布 •直线 直线 •管轴线最 管轴线最 小 •边界处最 边界处最 大
总流的水力半径R,切应力 总流的水力半径 切应力 0 代入有 可得到均匀流沿程水头损失与切应力的关系式，即均匀流基本方程式： 可得到均匀流沿程水头损失与切应力的关系式，即均匀流基本方程式：
达西—魏斯巴赫公式（5.1）
Байду номын сангаас
断面平均流速
管长
hf
l ν 2 l ν 2 = λ = λ d 2g 4R 2g
重力加速度
管径
沿程阻力系数
水力半径
局部水头损失 在流道发生突变的局部区域，流动属于变化较剧 烈的急变流，流动结构急剧调整，流速大小、方 向迅速改变，往往伴有流动分离与漩涡运动，流 体内部摩擦作用增大。称这种流动急剧调整产生 的流动阻力为局部阻力。流体为克服局部阻力而 产生的水头损失被称为局部水头损失或简称局部 损失，由hj表示。
流体力学课后习题答案龙天渝
（a）流动随时间按一定规律变化；
（b）流场中任意空间点的运动要素不随时间变化；
（c）各过流断面的流速分布不同；
（d）各过流断面的压强相同。
3-2非恒定流是：
（a）?u/?t=0；
（b）?u/?t≠0；
（c）?u/?s=0；
（d）?u/?s≠0。
3-3一元运动是：
（a）均匀流；
（b）速度分布按直线变化；
22求流线方程并画出若干条流线。（x+y=c）
3-15已知平面流动的速度场为u=（4y－6x）ti+（6y－9x）tj。求t=1时的流线方程并绘出x=0至x=4区间穿过x轴的4条流线图形。（1.5x-y=c）
3-16水管的半径r0=30mm，流量q=401l/s，已知过流断面上的流速分布为u=umax（y/r0）1/7。式中：umax是断面中心点的最大流速，y为距管壁的距离。试求：
求水头h。水头损失不计。（1.23m）
【篇二：流体力学_龙天渝_流体动力学基础】
ass=txt>一、学习指导1.主要概念：
流线，过流断面，均匀流，渐变流，恒定流
注：①流体是空间曲线。对恒定流其空间位置不变，对非恒定流随时间而变化。
②渐变流是将流速的大小和方向变化不大的流段看成均匀流所作的工程近似，与均匀流无明确的界定，根据经验而定。例：锥角较小的扩散段或收缩段，断面面积a(s)满足da/ds=0的断面附近的流段是渐变流。
（2）是几元流动？
（3）是恒定流还是非恒定流；
（4）是均匀流还是均匀定流？
3-13已知平面流动的速度分布为ux=a，uy=b，其中a、b为常数。求流线方程并画出若干条y0时的流线。（(b/a)x-y=c）
3-14已知平面流动速度分布为ux=－cy/（x2+y2），uy= cx/（x2+y2），其中c为常数。
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第四章流动阻力和水头损失
一、复习思考题
二、习题
1、选择题
2、计算题
一、复习思考题
1．怎样判别粘性流体的两种液态——层流和紊流？
2．为何不能直接用临界流速作为判别液态（层流和紊流）的标准？3．常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为紊流？
4．怎样理解层流和紊流切应力的产生和变化规律不同，而均匀流动方程式
对两种液态都适用？
5．紊流的瞬时流速、时均流速、脉运流速、断面平均流速有何联系和区别？
6．何谓粘性底层？它对实际流动有何意义？
7．紊流不同阻力区（光滑区，过渡区，粗糙区）沿程摩擦阻力系数
的影响因素何不同？
8．什么是当量粗糙？当量粗糙高度是怎样得到的？
9．比较圆管层流和紊流水力特点（切应力、流速分布、沿程水头损失、没种摩系数）的差异。
10．造成局部水头损失的主要原因是什么？
11．什么是边界层？提出边界层概念对水力学研究有何意义？
12．何谓绕流阻力，怎样计算？
二、习题
1、选择题
4-1水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差h，两断面间沿程水头损失，则：
（a）h f=h；
（b）h f=h+l；
（c）h f=l－h；
（d）h f=l。
4-2圆管流动过流断面上切应力分布为：
（a）在过流断面上是常数；
（b）管轴处是零，且与半径成正比；
（c）管壁处是零，向管轴线性增大；
（d）按抛物线分布。
4-3在圆管流中，紊流的断面流速分布符合（）：
（a）均匀规律；
（b）直线变化规律；
（c）抛物线规律；
（d）对数曲线规律。
4-4在圆管流中，层流的断面流速分布符合（）：
（a）均匀规律；
（b）直线变化规律；
（c）抛物线规律；
（d）对数曲线规律。
4-5半圆形明渠半径r0=4m，水力半径为（）：
（a）4m；
（b）3m；
（c）2m；
（d）1m。
4-6变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是（）：
（a）Re1=0.5 Re2；
（b）Re1= Re2；
（c）Re1=1.5 Re2；
（d）Re1=2 Re2。
4-7圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s，则断面平均流速为（）：（a）4 m/s；
（b）3 .2m/s；
（c）2 m/s；
（d）1 m/s。
4-8圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ（）：
（a）与雷诺数Re有关；
（b）与管壁相对粗糙k s/d有关；
（c）与Re及k s/d有关；
（d）与Re和管长L有关。
4-9圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ（）：
（a）与雷诺数Re有关；
（b）与管壁相对粗糙k s/d有关；
（c）与Re及k s/d有关；
（d）与Re和管长L有关。
4-10工业管道的沿程摩阻系数λ，在紊流过渡区随雷诺数的增加（）：
（a）增加；
（b）减小；
（c）不变；
（d）不定。
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2、计算题
4-11水管直径d=10cm，管中流速v=1m/s，水温为10℃，试判别流态。
又流速等于多少时，流态将发生变化？（紊流；υc=0.0301m/s）4-12通风管径直径为250mm，输送的空气温度为20℃，试求保持层流的最大流量。
若输送空气的质量流量为200kg/h，其流态是层流还是紊流？（7.087L/s；紊流）
4-13有一矩形断面的小排水沟，水深15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10℃，试判别流态。
（紊流）
4-14输油管的直径d=150mm，Q=16.3m3/h，油的运动粘度ν=0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程水头损失。
（0.743m）4-15应用细管式粘度计测定油的粘度。
已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m，实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，油的密
度ρ=901kg/m3。
试求油的运动粘度ν和动力粘度μ。
（0.743cm2/s
μ=8.56×10-6m2／s）
4-16为了测定圆管内径，在管内通过运动粘度ν为0.013cm2/s的水，实测流量为35 cm3/s，长15m管段上的水头损失为2cm水柱，试求此圆管的内径。
（1.94cm）
4-17油管直径为75mm，已知油的密度为901kg/m3，运动粘度为0.9cm2/s在管轴位置安放连接水银压差计的皮托管，水银面高差
h p=20mm，试求油的流量。
（5.19L/s；）
4-18自来水管长600m，直径300mm，铸铁管道，通过流量60m3/h，试用穆迪图计算沿程水头损失。
（0.176m）
4-19钢筋混凝土输水管直径为300mm，长度为500m，沿程水头损失为1m，试用谢才公式求管道中流速。
（0.59m/s）
4-20矩形风道的断面尺寸为1000m m×600mm，空气流量为4200m3/h，空气密度为1011kg/m3，测得相距12m的两断面间的压强差为31.6N/m2。
试求风道的沿程摩阻系数。
（0.0144）
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4-21圆管和正方形管道的断面面积、长度和相对粗糙都相等，且通过流量相等。
试求两种形状管道沿程损失之比。
（1）管流为层流；
（2）管流为紊流粗糙区。
（(1)0.785；(2)0.886
4-22输水管道中设有阀门，已知管道直径为50mm，通过流量为3.34L/s，水银压差计读值∆h=150mm，沿程损失不计，试求阀门的局部损失系数。
（12.83）
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4-23水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。
如水箱的水深H，管道直径d，管道长L，沿程摩阻系数为λ，局部损失系数为ζ，试求在什么条件下，流量随管长的增加而减小？
4-24用突然扩大使管道流速由v1减到v2，若直径d1及流速v1一定，试求使测压管液面差成为最大的v2及d2是多少，并求最大h值。
（H>
(1+ζ)d/λ）
4-25水箱中的水经管道出流，已知管道直径为25mm，长度为6m，水位H=13m，沿程摩阻系数为λ=0.02，试求流量及管壁切应力τ。
（d2=1.414d）
4-26水管直径为50mm，1、2两断面相距15m，高差3m，通过流量Q=6L/s，水银压差计读值为250mm，试求管道的沿程摩阻系数。
（3.12L/s；101.12N/m2）
4-27两水池水位恒定，已知管道直径d=10cm，管长l=20m，沿程摩阻系数λ=0.042，局部损失系数ζ弯=0.8，ζ阀=0.26，通过流量Q=65L/s，试求水池水面高差H。
（0.022）
4-28自水池中引出一根具有三段不同直径的水管，已知直径d=50mm，D=200mm，长度L=100m，水位H=12m，沿程摩阻系数为
λ=0.03，局部损失系数ζ阀=5.0，试求通过水管的流量并绘总水头线及测压管水头线。
（43.9m）
4-29有两辆迎风面积相同A=2m2的汽车。
其一为20世纪20年代的老式车，其阻力系数C D=0.8。
另一为20世纪90年代有良好外形的最新式车，其阻力系数C D=0.28。
若两车均以90km/h的速度在20℃的静止空气中行驶。
试求为克服空气阻力各需多大的功率？（15；5.25kW）4-30输电塔间距500m，两塔间架设20根直径2cm的电缆线，若风速以80km/h横向吹过电缆，求电塔承受的力。
已知空气的密度
为1.29kg/m3，空气的粘度为.7×10-5Pa·s，假设电缆之间无干扰。
（76.44kN）
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