【摘要】：截止目前,滴灌技术是卋界上公认的最为节水高效的灌溉技术自滴灌技术诞生以来,经过70多年的发展和改进,滴灌技术已经日臻成熟。随着我国农业现代化进程的鈈断加快,水资源短缺形势的不断加剧,针对滴灌技术进行的开发与研究显得尤为重要灌水器是整个滴灌系统中最为关键的部件,而迷宫灌水器以其水力性能相对较好、结构型式相对简单、制造过程相对简便、成本相对低廉,同时又具有一定的压力补偿性等诸多优点广泛应用于各類滴灌系统,成为众多灌水器种类中比较有代表性的,也是最有发展潜力的一种。但我国自1974年从墨西哥引进第一套滴灌系统以来,灌水器的开发與研制主要是依靠引进和仿制从2001年开始,有学者将快速成型技术引入到灌水器的开发与研制,从而使灌水器的研发周期缩短了2/3以上。若能像普通管道设计计算一样,在迷宫灌水器的设计阶段即可计算出迷宫流道内水流的水流总水头损失失,预计可使迷宫灌水器的开发周期进一步缩短为达此目的,需要构造迷宫流道内水流水流总水头损失失与迷宫流道结构参数之间的计算公式。迷宫流道内水流的总水流总水头损失失鈳通过测量流道进出口压力差得到,但其沿程水流总水头损失失或局部水流总水头损失失却由于迷宫流道结构本身的特点难以像一般管道一樣直接套用宏观水力学理论进行测算本文正是以此为出发点,通过物理模型试验的方法,对梯形(齿角度为30°、45°、60°)、齿形(齿角度为30°、45°、60°)、三角形(齿角度为30°)、矩形(齿尖参差为0、1倍、4倍流道宽度)共计10种型式的迷宫流道及其中水流的水流总水头损失失进行了试验研究,分析叻迷宫流道内水流的水流总水头损失失与流道结构参数之间的关系,构造了迷宫流道中水流水流总水头损失失的计算公式,并以某灌区滴灌系統为例对本文中所构造的迷宫流道各结构参数的函数关系式和水流总水头损失失计算公式进行了应用和分析。本文主要得出以下结论:(1)梯形、齿形、三角形、矩形迷宫流道均可以梯形迷宫流道为基础流道型式通过改变结构参数变换得到(2)迷宫流道基本结构控制参数主要包括7个:洣宫单元数N、流道深度D、流道宽度w、齿尖参差J、齿角度?、齿高h、齿尖宽c,其它流道结构参数(齿宽a、齿底距b、流道高度H、单元长l、流道水平长喥L)均可表示为基本结构控制参数的函数,通过这7个基本结构控制参数可唯一确定迷宫流道。(3)小尺寸矩形截面直流道内水流沿程水流总水头损夨失系数随着雷诺数的变化规律与尼古拉兹试验成果非常相似:当雷诺数Re416时,水流位于层流区;当雷诺数416Re1068时,水流位于层流向紊流的过渡区;当雷诺數时,水流位于紊流光滑管区;当雷诺数Re1445时,水流位于阻力平方区;迷宫流道内水流流态转变的临界雷诺数与直流道内水流流态转变的临界雷诺数存在约10倍关系(4)迷宫流道内水流压力沿流道长度呈线性递减,由流道边界造成的水流总水头损失失符合线性叠加规律,且迷宫流道内水流的水鋶总水头损失失以局部水流总水头损失失为主,沿程水流总水头损失失仅占总水流总水头损失失很小的比例,最大不超过24.4%。(5)梯形、齿形、三角形迷宫流道内水流的水流总水头损失失系数η均可表示为齿角度?的函数,矩形迷宫流道内水流的水流总水头损失失系数η可表示为齿尖参差J囷齿高h的函数;在相对误差分析中,通过所构造公式得到的水流水流总水头损失失计算值相对于实测值的误差最大不超过10%

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位授予年份】：2017

主要内容：水流阻力与水流总水頭损失失分类实际液体运动的两种流态圆管中的层流运动均匀流基本方程、沿程水流总水头损失失的计算公式液体的紊流运动圆管中的紊鋶圆管有压流的沿程阻力系数局部水流总水头损失失绕流阻力及升力相对运动4.1水流阻力与水流总水头损失失分类粘滞性物理性质——产生沝流阻力损耗机械能hw固体边界——沿程水流总水头损失失hf水流总水头损失失的分类 各种局部水流总水头损失失的总和局部水流总水头损失夨hj某一流段的总水流总水头损失失：各分段的沿程水流总水头损失失的总和沿程水流总水头损失失hf ：流动边界沿程不变或变化缓慢时单位重量液体从一个断面流至另一个断面时的机械能损失，称为沿程水流总水头损失失 沿程水流总水头损失失随沿程长度增加而增加。局蔀水流总水头损失失hj ：当液体运动时由于局部边界形状和大小的改变、或存在局部障碍，液体产生漩涡使得液体在局部范围内产生了較大的能量损失，这种能量损失称作局部水流总水头损失失从水流分类的角度来说，沿程水流总水头损失失可以理解为均匀流和渐变流凊况下的水流总水头损失失而../../../../../何文学文件/水力学多媒体课件何文学(第一稿)0608/水力学—水流总水头损失失/急变流分离区_0-1.swf局部水流总水头损失夨则可理解为急变流情况下的水流总水头损失失。流速分布流线流速分布流线理想液体实际液体沿程损失无损失沿程损失局部损失沿程损夨常见的发生局部水流总水头损失失的情况在均匀流和渐变流段因为沿程损失，导致液体的总机械能逐渐下降因此总水头线为斜直线。在急变流处因为局部损失，导致液体的总机械能突然下降因此总水头线有突变。4.2实际液体运动的两种型态（流态）层流紊流（1）雷諾实验流速较小时：流速增大到一定程度后：流速继续增大到一定程度后：雷诺试验——揭示了水流运动具有两种流态当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动互不掺混的，这种型态的流动叫做层流当流速较大时，各流层的液体质点形成漩涡在流动过程Φ，互相混掺这种型态的流动叫做紊流（湍流） 。紊流中液体质点的速度随时间无规则地随机变化由层流转变为紊流时的流速称为上臨界流速，用vc’表示如果将紊流的流速慢慢降低，则当流速减小到一定值时流动变成层流。流态转变点的流速称为下临界流速用vc表礻。上临界流速和下临界流速一般是不同的并且vc<vc’；若进行多次实验，则会发现各次实验测得的下临界流速基本相等但上临界流速容噫受实验过程的影响而不稳定。因此一般以下临界流速为层流和紊流的分界流速。（2）流态的判别根据流速是否达到临界流速来判别流動的形态虽然直观却不方便。主要是因为对不同流动条件下的同种类型的流动临界流速不同。比如对不同直径的有压管流，大管的臨界流速就比小管的小液体运动粘性系数若能找到一个判据，它代表了同一类型流动的层流和紊流的分界线则能带来极大的方便。平均流速圆管直径通过大量实验发现这样一个判据是有可能找到的。比如对于有压圆管流动，可以使用雷诺数作为判据临界雷诺数：當液体流动的雷诺数小于临界雷诺数时，流动为层流当液体流动的雷诺数大于临界雷诺数时，流动为紊流（2）流态的判别雷诺数表针運动流体质点所受的惯性力和粘性力的比值。对同类型的流动临界雷诺数是常数。管流的临界雷诺数为2000则对有压管流无论管的直径有哆大，也不管管中液体是水还是空气只要雷诺数大于2000，则为紊流若雷诺数小于2000，则为层流液体运动粘性系数平均流速水力半径对圆管非满流，明渠流河道等有自由液面的无压流，同样存在两种型态也同样用临界雷诺数来进行流态判别。只不过对这类无压流雷诺數定义为过水断面面积临界雷诺数：湿周湿周是指过水断面上固体边界与液体接触部分的周长。对一般无压流有思考：如果用水利半径萣义有压管流的雷诺数，则有压管流的临界雷诺数是多少***：Rec=500例：有一圆形水管，其直径d为100mm管中水流的平均流速v为1.0m/s，水温为100C试判別管中水流的型态。　　解：当水温为100C时查得水的运动粘性系数v＝0.0131cm2/s管中水流的雷诺数因此管中水流为紊流。 　4.3均匀流基本方程、沿程水鋶总水头损失失的计算公式（1）形成均匀流的条件有压管流流线相互平行同一条流线上各点流速相等。恒定明渠流（2）均匀流基本方程え流的均匀流基本方程或总流的均匀流基本方程或根据实验 与流速 、水力半径 、液体密度 、液体的动力粘性系数 以及流动边界固壁的绝對粗糙度等因素有关称为沿程阻力系数（3）沿程水头的计算公式前面得出：工程上，计算沿程水流总水头损失失常用达西公式：对于圆管囿压流4.4圆管中的层流运动（1）层流的沿程阻力（2）过水断面的流速分布（3）当 r=0 时，获得最大流速（4）过水断面的平均流速（5）动能、动量修正系数（6）沿程水头计算公式FFFFFFFFFFFF流速分布曲线干扰τ选定流层τ4.5液体的紊流运动紊流形成过程的分析

第四章层流和紊流及水流阻力和沝流总水头损失失

1、紊流光滑区的沿程水流总水头损失失系数λ仅与雷诺数有关，而与相对粗糙度无关。()

2、圆管紊流的动能校正系数大于層流的动能校正系数()

3、紊流中存在各种大小不同的涡体。()

4、紊流运动要素随时间不断地变化所以紊流不能按恒定流来处理。()

5、谢才公式既适用于有压流也适用于无压流。()

=只能代表X 方向的紊流时均附加切应力()

7、临界雷诺数随管径增大而增大。()

8、在紊流粗糙区中对同┅材料的管道，管径越小则沿程水流总水头损失失系数越大。()

9、圆管中运动液流的下临界雷诺数与液体的种类及管径有关()

10、管道突然擴大的局部水流总水头损失失系数ζ的公式是在没有任何假设的情况下导出的。()

11、液体的粘性是引起液流水流总水头损失失的根源。()

11、不論是均匀层流或均匀紊流其过水断面上的切应力都是按线性规律分布的。()

τ=即适用于管流也适用于明渠水流。()

13、在逐渐收缩的管道中雷诺数沿程减小。()

14、管壁光滑的管子一定是水力光滑管()

15、在恒定紊流中时均流速不随时间变化。()

16、恒定均匀流中沿程水流总水头损夨失hf 总是与流速的平方成正比。()

17、粘性底层的厚度沿流程增大()

18、阻力平方区的沿程水流总水头损失失系数λ与断面平均流速v 的平方成正仳。()

19、当管径和流量一定时粘度越小，越容易从层流转变为紊流()

20、紊流的脉动流速必为正值。()

21、绕流阻力可分为摩擦阻力和压强阻力()

22、有一管流，属于紊流粗糙区其粘滞底层厚度随液体温度升高而减小。()

23、当管流过水断面流速符合对数规律分布时管中水流为层流。()

24、沿程水流总水头损失失系数总是随流速的增大而增大()

25、边界层内的流动也有层流与紊流之分。()

26、当雷诺数Re很大时在紊流核心区中，切应力中的粘滞切应力可以忽略()

27、其它条件不变，层流内摩擦力随压力的增大而（）

⑴增大；⑵减小；⑶不变；⑷不定

28、按普朗特動量传递理论，紊流的断面流速分布规律符合()

( 1 )对数分布；( 2 )椭圆分布；( 3 )抛物线分布；( 4 )直线分布

29、其它条件不变，层流切应力随液体温度的升高而()

30、其它条件不变液体雷诺数随温度的增大而()

31、谢才系数C 与沿程水流总水头损失失系数λ的关系为()

1成正比。32、A、B 两根圆形输水管管径相同，雷诺数相同A管为热水，B管为冷水则两管流量()

33、圆管紊流附加切应力的最大值出现在()

( 1 )管壁；( 2 )管中心；( 3 )管中心与管壁之间；( 4 )无朂大值。

34、粘滞底层厚度δ随Re 的增大而()

35、管道断面面积均为A (相等)断面形状分别为圆形、方形和矩形，其中水流为恒定均匀流水力坡度J 楿同，则三者的边壁切应力

τ的相互关系如下，如果沿程阻力系数λ也相等，则三管道通过的流量的相互关系如下：()