流动阻力与水头损失.ppt

时间平均紊流：恒定紊流与非恒定紊流的含义。 紊流的脉动性使过流断面上的流速分布比层流的 更均匀，但能量损失比层流更大。 严格来讲，紊流总是非恒定的。 紊流瞬时运动要素可表示如下： 上述公式表明紊流运动可看做为一个时间平均流动和一个脉动流动的叠加。 第二十九页，共五十六页，2022年，8月28日 二、紊流切应力 紊流切应力τ包括黏性切应力τ1和紊流附加切应力τ2两部分，即 其中： 这里 称为混合长度，可用经验公式 或 计算。 第三十页，共五十六页，2022年，8月28日 三、黏性底层 水力光滑、水力粗糙的含义。 黏性底层 一般只有十分之几个毫米，但对流动阻力的影响较大。 第三十一页，共五十六页，2022年，8月28日 第三十二页，共五十六页，2022年，8月28日 四、过流断面上的流速分布 黏性底层区 紊流核心区 水力粗糙区 水力光滑区 第三十三页，共五十六页，2022年，8月28日 五、沿程阻力系数λ的变化规律及影响因素 1.尼古拉兹实验简介 Johann Nikuradse 第三十四页，共五十六页，2022年，8月28日 第三十五页，共五十六页，2022年，8月28日 层流区（I）： 2.实验成果 层、紊流过渡（Ⅱ）： 紊流光滑区（Ⅲ）： 紊流过渡区（Ⅳ）： 紊流粗糙区（Ⅴ）： 第三十六页，共五十六页，2022年，8月28日 六、λ的计算公式 层、紊流过渡区（Ⅱ）： 空白 层流区（I）： 第三十七页，共五十六页，2022年，8月28日 紊流光滑区（Ⅲ）： 紊流过渡区（Ⅳ）： (尼古拉兹光滑管公式) 第三十八页，共五十六页，2022年，8月28日 紊流粗糙区（Ⅴ）： 第三十九页，共五十六页，2022年，8月28日 适合紊流区的公式： 而 第四十页，共五十六页，2022年，8月28日 第一页，共五十六页，2022年，8月28日 第五章 流动阻力与水头损失 §5-1 概述 §5-2 黏性流体的流动型态 §5-3 均匀流基本方程 §5-4 圆管中的层流运动 §5-5 圆管中的紊流运动 §5-8 局部水头损失 §5-7 边界层理论简介 第二页，共五十六页，2022年，8月28日 第五章 流动阻力与水头损失(6学时) 一、本章学习要点: 流动阻力与水头损失的基本概念 黏性流体的流动型态 沿程水头损失与切应力的关系 圆管中的层流运动 圆管中的紊流运动 局部水头损失 第三页，共五十六页，2022年，8月28日 §5-1 概述 一、章目解析 从力学观点看，本章研究的是流动阻力。 产生流动阻力的原因： 内因：黏性＋惯性； 外因：外界干扰。 从能量观点看，本章研究的是能量损失(水头损失)。 二、研究内容 内流(如管流、明渠流等)：研究hw的计算(本章重点) 外流(如绕流)：研究CD的计算 第四页，共五十六页，2022年，8月28日 三、流动阻力和水头损失的两种形式 hf：沿程水头损失，由沿程阻力引起 hm：局部水头损失，由局部阻力引起 总水头损失： 第五页，共五十六页，2022年，8月28日 §5-2 黏性流体的流动型态 一、雷诺实验 1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对黏性流体进行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。 第六页，共五十六页，2022年，8月28日 紊流形成过程的分析 选定流层 流速分布曲线 τ τ 干扰 F F F F F F F F F F F F 升力 涡 体 紊流形成条件 涡体的产生 雷诺数达到一定的数值 第七页，共五十六页，2022年，8月28日 Osborne Reynolds (1842-1916) 第八页，共五十六页，2022年，8月28日 Osborne Reynolds (1842-1916) United Kingdom 第九页，共五十六页，2022年，8月28日 第十页，共五十六页，2022年，8月28日 雷诺在观察现象的同时，测量 ，绘制 的关系曲线。 层流： 紊流： 第十一页，共五十六页，2022年，8月28日 二、流态判别 1.试验发现 第十二页，共五十六页，2022年，8月28日 2.判别标准 圆管： 取 第十三页，共五十六页，2022年，8月28日 非圆管： 定义水力半径 为特征长度。相对于圆管有 故取 第十四页，共五十六页，2022年，8月28日 [例1] 水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的Re2/Re1=? [解] 因 故 第十五页，共五十六页，2022年，8月28日 §5-3 均匀流基本方程 一、均匀流基本方程 1. 对如图所示恒定均匀有压管流，建立1、2两断面的伯努