第八章不可压缩粘性流体内部流动-流体力学概要.ppt

第8章 粘性流体运动及其阻力计算 本章研究流体在流动过程中，流动阻力损失hl的变化规律及其计算方法。 §8.1 流体运动与流动阻力的两种形式 二、两种运动和阻力形式 1.均匀流动和沿程损失 均匀流动—流线为平行直线的流动。 沿程损失hf —流体在均匀流动中受到的阻力称沿程阻力，单位重量流体克服沿程阻力消耗的能量称沿程损失。 （沿程阻力主要是流体与固体边界的摩擦力造成） 总阻力损失计算 hl =∑hf +∑hr 固体边界的形状决定了两种类型的流动阻力 总水头线的变化 §8.2 流体运动的两种状态—层流与紊流 一、雷诺实验 两种流态 1.层流：流体质点层次分明、各层互不干扰混杂、有秩序 地一层层的流动。这种流动称为“层流” 2.紊流：各层质点互相混杂，运动杂乱无章。称“紊流” 上临界流速Vc′—层流开始转变为紊流时的流速 V Vc′（紊流） 下临界流速Vc —紊流开始转变为层流时的流速 V Vc′（层流） 二、流态与沿程阻力损失的关系 hf的变化规律 hf = kVm (a)-(b)段，层流，m=1 hf = kV ( d)-(e)段，紊流，m=2 hf = kV2 (b)-(d)段，层流向 紊流过渡 hf = kV1.75~2 三、流态判别标准 雷诺数计算 上临界Rec′: 与实验条件和初始状态有关。上临界 Rec′可高达13800。(不稳定） 下临界Rec: 实验发现，无论流体性质、管径如何 变化，临界Rec总稳定在 2320 左右。 过渡状态： Re的值介于层流与紊流之间，流动不 稳定，且Re范围很小。 上临界Rec’值不稳定，工程上将下临界Rec作为判别标准，将过渡状态一起归于紊流。 流态判别标准: Re≤2000(或2300） (层流） Re2000(或2300） （紊流） 上述标准适用于圆截面管 非圆截面流动流态判别 以水力半径R表示的临界雷诺数 对于明渠临界雷诺数 例题：温度为t=15?C的水在直径d=100mm的管中流动，流量Q=15L/s；另一矩形明渠，宽2m,水深1m,平均流速0.7m/s,水温同上。试判别两者流态。 层流匀速运动（定常不可压缩流动) 在管流中取微元体，受力分析 y 方向 ∑Fy=0 一、速度分布和切应力分布 1.速度分布 二、流量和平均流速 1.流量 三、圆管层流的沿程损失计算 例题：长度l=1000m,直径d=300mm的管路中输送重度γ=9.31kN/m3的重油，重量流量G=2300kN/h,求油温分别为10?C（ν=25cm2/s)和40?C （ν=1.5cm2/s)时的水头损失。 解：油的体积流量 §8.4 圆管中紊流运动 实际流动多为紊流，不局限于管流，如海洋环流、 大气环流、航空和造船工程中的流动现象等多为紊流状 态。 流体质点在运动中相互掺混剧烈，其物理量随时间 和空间上随机变化。 紊流的起因和内部结构等一些最基本的物理本质的 认识迄今仍未揭示清楚。 一、运动要素的脉动与时均化处理 紊流特征： 1.各层质点掺混 2.运动要素脉动 瞬时值 将运动要素瞬时值看成时间平均值 与脉动值叠加的方法叫运动要素时 均化处理。以后就以时均值替代瞬时值研究 进一步分析时均流速与脉动速度 取△A，时间T内流经△A的流量 ∴ 二、紊流结构、切应力与速度分布 1.紊流结构 层流底层厚度 2.混合长度和切应力 （1）粘性切应力 普朗特混合长度理论 （2）附加切应力 紊流切应力 τ= τ粘性+ τ附加 （层流底层τ附加=0） 3.速度分布 层流边层及过渡区为抛物线分布（近似为线性）， 核心区为对数分布，中心最大 三、水力光滑管、水力粗糙管概念 △—绝对粗糙度 △/d—相对粗糙度 Δ△—水力光滑管（图a) δ△—水力粗糙管(图b） §8.5 圆管流动沿程阻力系数的确定（本节研究λ的变化规律） 一、尼古拉兹实验（人工粗糙管沿程阻力实验 ） 将同