第四節(jié) 流動阻力和水頭損失
第三節(jié)中討論了能量方程，但并未討論能量方程中由于流動阻力所產(chǎn)生的能量損失。在第一節(jié)中曾經(jīng)指出，水、空氣等都是有粘性的，因而將產(chǎn)生流動阻力。當(dāng)流體在固體壁面的約束下流動，如管流或明渠流等稱為內(nèi)部流動，此時流體要流動就必須克服阻力做功，由此產(chǎn)生能量損失。流體繞固體流動或者說固體在流體中運動，稱為外部流動，如風(fēng)吹過煙囪或顆粒在流體中上升或沉降，此時氣流受到煙囪的阻力或者顆粒受到流體的阻力都是粘性阻力，稱為繞流阻力。本節(jié)主要討論內(nèi)部流動的能量損失;對繞流阻力僅作簡單介紹。
由于流動有層流和紊流兩種流態(tài)，不同流態(tài)的能量損失的規(guī)律是不同的。首先討論以上兩種流態(tài)。
一、實際流體的兩種流態(tài)——層流和紊流
(一)雷諾實驗
雷諾曾經(jīng)以圖6-4—1的裝置來進行實驗，揭示了兩種流態(tài)不同的本質(zhì)并確定圓管流態(tài)的判別數(shù)。
打開玻璃管的調(diào)節(jié)閥，玻璃管中水開始流動。再打開顏色液的小閥，顏色水將進入玻璃管，與水一起流動。當(dāng)管中平均流速v較小時，顏色液呈一直線狀如圖6-4-1中a，與周圍清水互不摻混，這種有規(guī)則的分層流動被稱為層流。隨著v的增大，顏色液將產(chǎn)生波動，直到某一數(shù)值，顏色液擴散到清水中，不復(fù)再見(見圖6-4-1中b)。這時，兩者已互相摻混，每個流體質(zhì)點的軌跡是十分混亂的，這種流態(tài)被稱做紊流。此時若再將流速減小，必須減小到比前一臨界值更小的數(shù)值，流態(tài)才會轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?。層流和紊流由于兩者?nèi)部結(jié)構(gòu)不同，能量損失的規(guī)律也不同。由實驗得到：直管上下游斷面間的水頭損失，層流時與斷面平均流速的一次方成正比，即hf∝v1.0;紊流時則與流速的1.75—2.0次方成正比，hf∝v1.75～2.0。
第三節(jié)中討論了能量方程，但并未討論能量方程中由于流動阻力所產(chǎn)生的能量損失。在第一節(jié)中曾經(jīng)指出，水、空氣等都是有粘性的，因而將產(chǎn)生流動阻力。當(dāng)流體在固體壁面的約束下流動，如管流或明渠流等稱為內(nèi)部流動，此時流體要流動就必須克服阻力做功，由此產(chǎn)生能量損失。流體繞固體流動或者說固體在流體中運動，稱為外部流動，如風(fēng)吹過煙囪或顆粒在流體中上升或沉降，此時氣流受到煙囪的阻力或者顆粒受到流體的阻力都是粘性阻力，稱為繞流阻力。本節(jié)主要討論內(nèi)部流動的能量損失;對繞流阻力僅作簡單介紹。
由于流動有層流和紊流兩種流態(tài)，不同流態(tài)的能量損失的規(guī)律是不同的。首先討論以上兩種流態(tài)。
一、實際流體的兩種流態(tài)——層流和紊流
(一)雷諾實驗
雷諾曾經(jīng)以圖6-4—1的裝置來進行實驗，揭示了兩種流態(tài)不同的本質(zhì)并確定圓管流態(tài)的判別數(shù)。
打開玻璃管的調(diào)節(jié)閥，玻璃管中水開始流動。再打開顏色液的小閥，顏色水將進入玻璃管，與水一起流動。當(dāng)管中平均流速v較小時，顏色液呈一直線狀如圖6-4-1中a，與周圍清水互不摻混，這種有規(guī)則的分層流動被稱為層流。隨著v的增大，顏色液將產(chǎn)生波動，直到某一數(shù)值，顏色液擴散到清水中，不復(fù)再見(見圖6-4-1中b)。這時，兩者已互相摻混，每個流體質(zhì)點的軌跡是十分混亂的，這種流態(tài)被稱做紊流。此時若再將流速減小，必須減小到比前一臨界值更小的數(shù)值，流態(tài)才會轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?。層流和紊流由于兩者?nèi)部結(jié)構(gòu)不同，能量損失的規(guī)律也不同。由實驗得到：直管上下游斷面間的水頭損失，層流時與斷面平均流速的一次方成正比，即hf∝v1.0;紊流時則與流速的1.75—2.0次方成正比，hf∝v1.75～2.0。