工程流体力学第6章(231MB).ppt

六 低速粘性管流 6.1 基本概念 （1）粘性流体和理想流体： 粘性 → 阻力 → 机械能的损失; 分离。 六 低速粘性管流 （2）内流： 管道内、渠道内的流动。 （3）粘性管流的内部流动特性： 横截面的速度分布； 平均速度、动能流率、动量流率。 伯努利方程 6.2 不可压粘性总流的伯努利方程 流 动 阻 力 6.3 流动阻力的分类 （1）流动缓变过程中：沿程阻力 → 沿程损失hf λ：沿程阻力系数，与Re、粗糙度、流动状态等 l:流程长度；d:内径（非圆管道为当量直径） V2/2g：速度水头 流 动 阻 力 6.3 流动阻力的分类 （2）流经各种障碍时：局部阻力 → 局部损失hξ （3）总能量损失＝（1）＋（2）： 粘 流 6.4 粘流的流动状态 （1）雷诺试验，1883 ① 小V，稳定直线，界限分明 ② V↑，波纹,横向运动和振荡 ③ V↑，水线破裂、完全掺混 ④ V↓，恢复 粘 流 （2）判别准则 ① 上临界速度； ② 下临界速度； ③ 上临界雷诺数； ④ 下临界雷诺数。 （3）流动损失的测量 圆管内层流 6.5 圆管内的层流运动 （1）微分方程和速度分布 沿x方向微元合力为0： 得：圆管内层流的常微分方程： 圆管内层流 边界条件：r = R时u = 0 速度分布： r = 0， 体积流量：哈根－泊肃叶公式 平均流速： 圆管内层流 （2）沿程阻力 速度分布代入牛顿内摩擦定律： 由哈根－泊肃叶公式 ，压强差： 沿程阻力损失： 达西公式： →→→ 间隙内层流 6.6 间隙内的层流运动 — 平板间隙和圆环间隙 基本假设：① 不可压；② 一般不考虑惯性力和质量力； ③ 粘度不变；④ 看作一维流动。 N-S方程： 平板间流动 （1）平板间流动 无质量力：X＝Y＝Z＝0 定常流动： 流动平行y轴： 由不可压流的连续方程： 平板间流动 N-S方程简化为： 平板间流动 ① 固定平板间流动 — 压差流动 边界条件：z = 0, v = 0; z = h, v = 0 速度分布： 流量： 均匀层流： 则： 平板间流动 ② 一平板运动 — 剪切流动 边界条件：z = 0, v = V0; z = h, v = 0 速度分布： 流量： 上板向右： 平板间流动 ③ 压差 + 剪切流动 速度分布： 流 量： 圆环间流动 （2）圆柱环形间隙流动 同心圆环： 偏心圆环： 圆管内紊流 6.7 圆管内的紊流运动 （1）基本特性： ① 速度分布； ② 分区：粘性底层；紊流核心区；过渡区 ③ 粗糙度：水力光滑管和水力粗糙管 圆管内紊流 （2）圆管内均匀紊流的沿程损失： 达西公式: ,λ与雷诺数和相对粗糙度有关 ① 光滑管（卡门－普朗特公式）： ② 粗糙管（尼古拉兹公式）： ③ 光滑管和粗糙管之间的过渡区： 局部阻力和损失 6.8 局部阻力和损失计算 （1）产生原因：阀门、转弯、断面突变, 产生旋涡、变形、速度的重新分布,流体质点间的剧烈碰撞 ① 管道突然扩大； ② 管道突然缩小； ③ 弯管； ④ 阀门。 局部阻力和损失 ① 管道突然扩大: ★ 惯性，流动不会紧随管壁形状突变， 只能平缓过渡； ★ 流束和管壁间部分流体不随主流运动： 近主流质点：随主流，截面增大，速度减小，压强增大，产生逆压梯度 近管壁质点：动能已不足以克服摩擦阻力和压差 —— 产生旋涡 局部阻力和损失 ★ 能量损失的来源： ◇ 旋涡运动消耗能量； ◇ 旋涡区和主流区内质点的碰撞和摩擦； ◇ 管道突然扩大，流束扩大，产生径向速度分量，相邻层以及流体与管壁间的碰撞也将消耗能量。 局部阻力和损失 ② 管道突然缩小: ★ 出现颈缩； ★ 两个旋涡区； ★ 能量损失原因与突扩相同：流体质点的转向、撞击、能量交换、旋涡等，消耗能量。 局部阻力和损失 ③ 弯管: ★ 流线弯曲，离心力将质点压向外侧， 使外侧压强升高，速度减小；B后压强逐渐降低。 ★ 内侧，先降压后升高。 —— 产生了两个旋涡区。 ★ 二次流。离心力：质点被压向外侧；