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运动流体的阻力与损失

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:对这一类的问题需要确定流动阻力对流体内部结构的影响,进而确定流动过程中的机械能的损失,也就是确定流动过程中的水头损失。本章将介绍实际流体所具有的两种流动型态及其特性;在不同边界和流动型态条件下,流动阻力和水头损失的变化规律;讨论各种条件下水头损失的计算方法。

引 子

远距离输送原油的输油管道、输送天然气的输气管道,还有城市的自来水供水管道,都需要在一定的距离内设立加压站。其原因在于这些流体在流动过程中将不断产生流动阻力,需要不断的克服。

自然界中的流体流动一般分为外流和内流。外流是指一类流体在物体周围流动的过程,这类流动一般称为绕流流动。如空气中运动的飞机、汽车和河流、湖泊中运动的轮船等,还有空气气流(大风)中屹立的楼房、电线杆,河流中矗立的桥墩、闸墩等。这一类的绕流问题需要确定流动阻力的问题。内流是指一类流体在固定边界中流动,或者说流体流动时受固定边界的束缚。如水、气、油在管道中的流动过程,水在河流、渠道中的流动过程。对这一类的问题需要确定流动阻力对流体内部结构的影响,进而确定流动过程中的机械能的损失,也就是确定流动过程中的水头损失。

由第1章可知,在粘滞性的作用下,实际流体在流动时各流体质点之间以及和边界之间产生阻碍流体流动的作用力,这些阻力不仅对流动产生影响,还做负功造成流动中的机械能损失。对实际流动的分析可见,流动的阻力由两部分组成:由粘滞性产生的内摩擦力引起的摩擦阻力和由流动的分离产生的压强差引起的压差阻力。

第3章中介绍的实际流体能量方程给出了反映这个能量损失大小的水头损失项hw,本章将讨论如何计算水头损失hw。大量相关研究表明,水头损失hw与流体的流动型态、内部流动结构以及边界特征等都有关系。

本章将介绍实际流体所具有的两种流动型态及其特性;在不同边界和流动型态条件下,流动阻力和水头损失的变化规律;讨论各种条件下水头损失的计算方法。

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