黏性流体运动和阻力计算.ppt

* 环状管网 由各管段经串并联组合而成的环状管道。如图所示 B A C A B E D C 4.7.2 复杂管路计算 * 计算原则 1.对环状管网中的任何一个节点，以流入为正，流出为负的原则，则节点∑Q=0。 2.对任何一闭合环路，假定顺时针方向流动的阻力损失为正，逆时针为负时，每个闭合环路的阻力损失的代数和为零，即∑hw=0。 管网计算实际应用比较繁琐，但关键点是寻找合理的闭合环路进行列方程求解。 4.7.2 复杂管路计算 * 例：水平环状管道（如图），流体从A流入，B、C两处排出的水量均为57升/秒，管段AB、AC、BC的长度均为600米，管段AB的内径203毫米，AC的内径为155毫米，BC的内径为254毫米，求各支管的流量。 设：AB、AC、BC管段的流量分别为 Q1、Q2、Q3。 节点B：Q1=QB+Q3……（1） 节点C：Q2+Q3=QC……（2） ABC闭合环路：hw2=hw1+hw3（3） C B A Q1 Q3 Q2 * 基本概念：水力半径、沿程阻力、局部阻力、水力光滑管、水力粗糙管、当量直径、串联并联特点、管网计算原则。 重点：沿程阻力损失计算、局部阻力损失计算、尼古拉兹曲线与莫迪图的应用、简单与复杂管道计算。 作业P95：4.20 总 结 黏性流体运动及其阻力计算 第四章 * 由于存在 即r = 0时，τ = 0 r = R时，τ = τ0，则 由此可得切应力分布关系为 圆管中切应力分布 根据动能修正系数和动量修正系数的定义，由以上分析结果，求出圆管层流时的动能修正系数α和动量修正系数β的值分别为 4、动能修正系数和动量修正系数 流体在圆管内作层流流动时的沿程能量损失 将 代入上式得 式中λ = 64／Re，为圆管层流的沿程能量损失系数。 为克服沿程阻力而消耗的功率为（qv为体积流量） 5、沿程能量损失 6、层流起始段长度——见课本74页 * *4.4 圆管中的湍流流动 一、脉动现象与时均值 1、这种在定点上的瞬时运动参数随时间而发生波动的现象称为脉动。 2、时均法分析湍流运动 如取时间间隔T，瞬时速度在T时间内的平均值称为时间平均速度，简称时均速度，即 时均压强 * 1．湍流的速度结构 管中湍流的速度结构可以划分为以下三个区域： （1）粘性底层区（层流底层）：在靠近管壁的薄层区域内，流体的粘性力起主要作用，速度分布呈线性，速度梯度很大，这一薄层叫粘性底层。如图所示。 （2）湍流核心区：在管轴中心区域，粘性的影响逐渐减弱，流体的脉动比较剧烈，速度分布比较均匀，流体处于完全的湍流状态，这一区域称为湍流核心区 （3）过渡区：处于粘性底层与湍流核心区之间的区域，这一区域范围很小，速度分布与湍流核心区的速度分布规律相接近。 二、湍流的速度结构、水力光滑管和水力粗糙管 * 1．湍流切应力分布 附加切应力：由湍流脉动速度而引起的作用力通常称之为附加切应力。 湍流中总的切应力应由粘性切应力和附加切应力两部分组成。即 2．断面速度分布（详细推导见课本78页） 粘性底层区 即 积分得： 湍流核心区 因为 所以 整理并积分得 三、湍流切应力分布及断面速度分布 * 一、尼古拉兹试验 尼古拉兹（Nikuras）进行了大量的实验，得出了λ与雷诺数Re及管壁的相对粗糙度Δ/d之间的关系曲线： *4.5 管中流动沿程阻力系数的确定 1．层流区（I） 雷诺数的范围为 Rec ≤2320。 2．临界区（II） 雷诺数的范围为2320＜ Re＜4000 。 3．光滑管湍流区（III） 雷诺数的范围为 通用公式 4．光滑管至粗糙管过渡区（IV） 雷诺数的范围为 5．粗糙管湍流区（V） 雷诺数的范围 （柯列布茹克半经验公式） （阿里特苏里公式） （尼古拉兹粗糙管公式） * 二、莫迪图（Moody） 例1． 长度l=1000m，内径d=200mm的镀锌钢管，用以输送运动粘度