4、第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失

4、第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失的思维导图，介绍了层流运动、沿程水头损失的一般公式、紊流概述、紊流道德流速分布等多个方面的内容介绍。

第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失

• 层流运动
  • 圆管均匀层流
    • 流速分布
      • • • 断面平均流速
    • 流量
    • 沿程水头损失
      • • 沿程水头损失系数
        • 水力梯度
    • 动能校正系数
      • α=2
        • 动量校正系数
          • β=1.33
• 沿程水头损失的一般公式
  • 达西—维斯巴赫公式
    • • • 对于层流紊流均适用
• 紊流概述
  • 紊流的脉动现象和时均概念
    • 脉动（紊动）
      • 水流运动要素随时间作不规则急剧变化的现象
    • 流速的脉动强度
      • • 相对脉动强度
  • 紊流切应力
    • • 黏性切应力
      • 雷诺应力
        • • 混合长l=κy
            • κ=0.4
  • 紊流的黏性底层
    • 在壁面附近由于一部分液体黏附于固体边界上，黏性力起主要作用，该液层称为黏性底层
    • 黏性底层厚度δ0和绝对粗糙度∆的关系
      • ∆<δ0
        • 水力光滑面
      • δ0<∆<(δ0+δ1)
        • 水力过渡粗糙壁面
      • ∆>(δ0+δ1)
        • 水力粗糙面
• 紊流的流速分布
  • • 摩阻流速
    • κ=0.4
• 沿程水头损失系数λ
  • 人工粗糙管λ的试验研究——尼古拉斯试验
    • 层流区
      • lgRe<3.36
        • λ=64/Re
    • 层流紊流过渡区
      • 3.36<Re<3.6
        • 不讨论
    • 紊流
      • Re>3.6
        • 光滑区
        • 过渡粗糙区
        • 粗糙区
          • 阻力平方区
        • 明渠水流主要在这两个区
    • 本章其他公式不需要记忆
  • 实用管道λ的试验研究——穆迪图
    • 当量粗糙度
      • 根据穆迪图查λ
• 谢才公式
  • • • 水力坡度J
      • 谢才系数C(m^0.5/s)
        • 曼宁公式
  • 沿程损失
    • 适用于均匀流渐变流管流明渠流，但是只适用于紊流的阻力平方区
  • 达西—维斯巴赫公式
    • • • 对于层流紊流均匀流渐变流均适用
  • • 尽量不要转换
      • 计算结果不同
    • 给出水温
      • 用λ
        • 雷诺数
        • 查运动黏性系数
    • 给出糙率
      • 用谢才公式
      • 不同材料的糙率查表
• 局部水头损失
  • 突然扩大的水头损失
    • 比突然缩小的损失要小一些
  • 通用公式
    • 考试时一般会给出
    • 实际应用需要查表
• 均匀流的基本方程
  • 均匀流基本方程
    • • 计算管壁处的切应力，对管道和明渠、层流和紊流均适用
      • 表达的是液体内部一点处的切应力与断面平均的沿程水头损失的关系
  • 测压管水头与沿程损失的关系
  • 摩阻流速
  • 切应力沿横断面的分布形式
    • 圆管
    • 明渠
• 液体内部两种不同的流动形态
  • 分类名称
    • 层流（片流)
      • 流体质点互不混合的层次分明有序定向流动状态
    • 紊流（湍流/乱流）
      • 液体质点互相混合的随机无序流动状态
  • 沿程水头损失与平均流速的关系
    • • • 层流 m=1 hf与v成正比
        • 紊流 m=1.75~2.0 hf与v^1.75~2成正比
  • 分类依据：雷诺实验
    • 临界流速
      • 流速由低到高
        • 上临界流速vc'(vC)
      • 流速由高到低
        • 下临界流速vc(vB)
      • vc'＞vc
        • v<vc层流
        • v>vc'紊流
        • vc<v<vc'二者都有可能
  • 流态的判别依据
    • 雷诺数
      • • 从紊流到层流
          • 下临界系数
            • 圆管：2300
            • 非圆管
              • 水力半径R
                • 过水断面面积A与湿周χ的比值 R=A/χ
                • 湿周χ：水流与固体边界接触的长度
              • 明渠：500
        • 从层流到紊流
          • 上临界系数
            • 12000~40000
              • 变化过大，被弃用
      • 物理意义
        • 惯性力和粘性力的比（无量纲）
• 水头损失的分类
  • 产生原因
    • 外因：固体边界对水流的阻滞和扰动
    • 内因：液体的惯性和粘滞性
  • 分类依据
    • 边界形状、尺寸是否沿程变化
    • 主流是否脱离固体边界或形成旋涡
  • 分类名称
    • 沿程阻力、沿程水头损失hf
      • 固体边界的形状、尺寸不变，液体在长直流段中流动产生的阻力及其产生的水头损失
      • 发生在均匀流和渐变流
    • 局部阻力、局部水头损失hj
      • 固体边界形状或尺寸沿程发生急剧变化产生的阻力及其做功产生的水头损失
      • 急变流
    • 目前没有明确的划分依据
• 概述
  • 主要解决水头损失的计算
  • 水流内部存在两种截然不同的流动形态
  • 采用理论分析和试验研究相结合的研究方法
  • 主要研究内容
    • 切应力
    • 水头损失
    • 流速分布