流体力学第6章资料.ppt

6.4 圆管中的层流运动 当 ，代回上式得 上式表明，层流过流断面上流速呈抛物线分布。 将r=0代入上式，得管轴处最大流速为 流量 平均流速 即 6.4 圆管中的层流运动 6.4.3 沿程水头损失的计算 以 代入 ，得 6.4 圆管中的层流运动 改写为通用的达西公式的形式 沿程摩阻系数 6.4 圆管中的层流运动 【例6-3】 应用细管式黏度计测定油的黏度，已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m。实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值hp=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。试求油的运动黏度ν和动力黏度μ。 【解】 列细管测量段前、后断面的伯努利方程 6.4 圆管中的层流运动 h 6.4 圆管中的层流运动 设为层流 解得 校核流态 6.4 圆管中的层流运动 6.5.1 紊流的特征与时均化 1.紊流的特征 6.5 紊流运动 ①无序性：水流速度快，各层质点互相掺混，质点运动轨迹不规则。 ②除了粘性阻力，还存在着由于质点掺混，互相摩擦所造成的惯性阻力。 ③紊流有大小不等的涡体动荡于各流层之间。 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 选定流层 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 紊流的形成过程 6.5 紊流运动 6.5.1 紊流的特征与时均化 6.5 紊流运动 6.5.1 紊流的特征与时均化 综上所述，不规则性和有涡性是紊流最主要的特征。 6.5 紊流运动 流体在紊流运动过程中，涡旋不断破碎、合并，流体质点轨迹不断变化。 2.紊流运动的时均化 在紊流中，流体质点的瞬时速度始终围绕着某一平均值而不断跳动（即脉动）。将u对某一时段T平均，所得到的平均值称作时均流速。 瞬时速度 6.5 紊流运动 2.紊流运动的时均化 6.5 紊流运动 6.5.2 紊流的剪应力 时均剪应力：从时均紊流的概念出发，将运动液体分层。因为液层的时均流速不同，存在相对运动，所以两个液层之间也存在粘性剪应力。 1. 紊流的剪应力 紊流剪应力 由两部分组成。 6.5 紊流运动 附加剪应力：由于紊流中质点存在脉动，相邻液层之间据有质量的交换。 6.5 紊流运动 低速液层的质点由于横向脉动进入高速液层后，对高速液层起阻碍作用；相反，高速液层的质点由于横向脉动进入低速液层后，对低速液层起推动作用。也就是质量交换带来了动量交换，从而在液层分界面上产生了紊流附加剪应力。 紊流剪应力 6.5 紊流运动 2. 半经验理论 式中 l——混合长 在充分发展的紊流中， ，壁面附近剪应力一定 。 6.5 紊流运动 积分上式得 ——普朗特—卡门对数分布律 6.5 紊流运动 6.5.3 黏性底层 管道内紧靠管壁存在黏性剪应力起控制作用的薄层，称为黏性底层。 在黏性底层内， 6.5 紊流运动 积分上式 由边界条件，壁面上y=0，u=0，积分常数c=0， 得 6.5 紊流运动 或以 代入上式整理得 6.5 紊流运动 6.6.1 尼古拉兹实验 1. 沿程摩阻系数λ的影响因素 由尼古拉兹试验分析得出，雷诺数和相对粗糙是沿程摩阻系数的两个影响因素。即 绝对粗糙 ks/d 相对粗糙 6.6 紊流的沿程水头损失 2. 沿程摩阻系数的测定和阻力分区图 6.6 紊流的沿程水头损失 尼古拉兹应用类似雷诺试验装置（拆除注颜色水的针管），采用人工粗糙管进行试验。对每根管道（对应一个ks/d）实测不同流量的断面平均流速v和水头损失hf，再根据公式算出Re和λ值，就得到 曲线，即尼古拉兹曲线图。 （1）层流区（ab线） （2）层流向紊流过渡区（bc线） （3）紊流光滑区（cd线） （4）紊流过渡区（cd、ef线之间） （5）紊流粗糙区（ef线之右） 6.6 紊流的沿程水头损失 紊流光滑区 紊流过渡区 粘性底层