--第四章粘性流体运动及其阻力计算详解.ppt

* * * 由于流动惯性，在弯管和折管内侧往往产生流线分离形成旋涡区，在外侧，流体冲击壁面增加液流的混乱。 * 上述局部阻力系数多是在不受其它阻力干扰的孤立条件下测定的，若几个局部阻力相互靠近、彼此干扰，则每个阻力系数与孤立的测定值又会有些不同。 * 上述局部阻力系数多是在不受其它阻力干扰的孤立条件下测定的，若几个局部阻力相互靠近、彼此干扰，则每个阻力系数与孤立的测定值又会有些不同。 * 为减少局部损失，在管路设计中，就要尽量减少局部装置。如在矿井通风网路设计中明确提出要求：尽量避免大小巷道相连接（特别是突然扩大或缩小），不要拐90°的弯道等；在选矿厂的矿浆管路设计中，管道拐弯都要求极为平缓，否则矿砂将在这些地方沉积下来堵塞管道。 * Re相同则δ相等 * 水力光滑和水力粗糙同几何上的光滑和粗糙有联系，但并不等同。几何光滑管出现水力光滑的可能性大些，几何粗糙管出现水力粗糙的可能性大些，但几何光滑和粗糙时固定的，而水力光滑和粗糙是可变的。几何粗糙程度不变时，即?不变时，若雷诺数变化，则δ是变化的。 * 可以看出λ与Re及Δ/r 的关系可以分成五个区间 * 上述各种计算的λ的公式虽然比较常用，但计算比较烦琐，因应用时需先判断流动所处的区域，之后应用相应的公式。 * 可以看出λ与Re及Δ/r 的关系可以分成五个区间 * 可以看出λ与Re及Δ/r 的关系可以分成五个区间 * 可以看出λ与Re及Δ/r 的关系可以分成五个区间 3、 紊流核心与层流边层 紊流的结构由层流底层、过渡区及紊流区三个部分组成。 层流底（边）层——紧贴管壁一层厚度为δ的作层流运动的流体层。 紊流区（紊流核心或流核）——紊流的主体。 过渡区——紊流核心与层流边层之间的区域。 层流底层厚度δ不固定，与沿程阻力系数λ和雷诺数Re有关，随着Re↗，δ↘ ； 虽然δ很薄，在计算能量损失时，δ的厚度越大能量损失越小；但在热传导性能上，δ愈厚，放热效果愈差。 只有层流底层外的流体参与紊流运动 复习 4、 水力光滑管和水力粗糙管 ?——管壁的绝对粗糙度 当δ?时，水力光滑管，粗糙度对紊流核心几乎没有影响 当δ?时，水力粗糙管，粗糙度大小对紊流产生直接影响 当δ≈?时，过渡粗糙管，未对紊流产生决定性作用。 水力光滑和水力粗糙同几何上的光滑和粗糙有联系，但不等同 几何光滑（粗糙）管出现水力光滑（粗糙）的可能性大； 几何光滑和粗糙是固定的，水力光滑和粗糙是可变的； 几何粗糙程度不变时，即?不变时，若Re变化，则δ变化。 圆管紊流中的水头损失 式中 ，称紊流的沿程阻力系数，只能由实验确定 Δ/r为相对粗糙度。 层流和紊流的阻力损失计算具有相同形式——达西公式 4.5 圆管流动沿程阻力系数的确定 尼古拉兹实验（1933年） 不同Δ/r 管路中，测定λ，分析λ与Re及Δ/r 间的关系。 方法： ① 人为制作六种不同相对粗糙度的管子； ② 对不同管子通过改变流量来改变Re； ③ 测出不同流量时的均速和沿程阻力损失，由 求阻力系数λ。 尼古拉兹实验曲线图：分成五个区间，不同区间，流态不同，λ规律不同。 4.5.2 莫迪图 1940年莫迪对天然粗糙管（工业用管）作了大量实验，绘制出λ、Re与Δ/d 的关系图，莫迪图 已知Re与Δ/d，从莫迪图上容易查出λ的值。 4.6 非圆形截面的沿程阻力计算 工程中流体流动管道不一定是圆形截面，如大多数通风管道为矩形截面，矿井中回风巷道也是非圆形截面。 两种方法： 一、利用达西公式计算 圆形截面的特征长度：直径d 非圆形截面的特征长度：水力半径R: d=4R 故均匀紊流 注意：λ、Re的变化 4.7 边界层理论基础 1、边界层理论： 普朗特1904年提出：流体粘性的影响主要表现在壁面附近的薄层里，壁面远处的流体视为理想流体，粘性影响忽略不计。这一薄层称为边界层。 边界层理论是现代流体力学发展的一个重要标志，沿程损失与边界层的流动特点有关，局部损失与边界层分离现象有关。 该理论将雷诺数较大的实际流体流动看作由两种不同性质的流动组成。一种是固体边界附近的边界层流动，粘性作用不能忽略，但边界层一般都很薄；另一种是边界层以外的流动，粘性作用可忽略，流动可按理想流体处理。 2、 边界层的概念 有一等速平行的平面流动，各点流速均是u0； 放置一与流动平行的薄板，板不动，假设平板上下方流场边界无穷远。 分析：平板上质点流速必定是零，因粘性作用，平板附近质点流速有不同程度减小，形成横向的流速梯度，离板越远流速越接近于原有流速u0。 严格讲：粘性影响逐步减小，无穷远处流速恢复到u0，为理想流体运动。 规定：将u＝0.99u0的边界作为边界层界限，该边界层以外，流速梯度