水力学课件2.ppt

任何液体都具有粘性，无粘性的液体称为理想液体。 一般将对应于流态转变时的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数和下临界雷诺数。 紊流 层流 紊流 层流 上临界雷诺数 下临界雷诺数 Re Re =12000 ~ 40000 Re’cr Recr=2300 V’cr Vcr 上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。有实际意义的是下临界雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。 圆管 非圆形断面的管道或渠道 ?:动力粘度，N.S/m2、Pa.S； ?：运动粘度,m2/s 牛顿内摩擦定律 液体流动时，各液层之间要产生摩擦力抵抗其相对运动（剪切变形）的性质，摩擦力称粘滞（性）力。 圆管中发生层流运动 §1.3.4 圆管层流运动沿程水头损失的计算 ?一.圆管层流运动的断面流速分布 由均匀流基本方程得： 由牛顿内摩擦定律得： C由边界条件定。 圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物面） 管轴处流速最大： 管壁处流速最小： 圆管层流中断面平均流速是最大流速的一半。 ? ux 圆管均匀流中切应力是线性分布，与 r 成正比，这个结论不论对层流还是紊流都是对的。但流速为旋转抛物面分布，只是层流才适用，因为层流流动切应力满足牛顿内摩擦定律，所以流速的一阶导数与 r 成正比，即流速为二次分布。紊流的切应力除了粘性切应力以外还包括由脉动产生的附加应力，所以流速不再是二次分布。 注意 ?二.圆管层流流动的沿程水头损失系数 沿程水头损失 圆管层流流动 ，与雷诺实验一致。 圆管层流流动中，?只与Re有关。 ? hf。 紊流区 过渡区 层流底层 管轴 y x ?一. 层流底层 §1.3.5 紊流中的流速分布 紊流中， 靠近固体边界处由于液体质点受壁面的约束，流速的横向脉动很小， 而速度梯度很大，故 起主要作用，液体作层流运动。 靠近固体边界处，粘滞力起主要作用作层流运动的极薄层，叫做层流底层或粘性底层（厚度?l） 。在层流底层，粘性应力占主导地位；在紊流区，由流体微团的脉动流速引起各层流体间动量交换产生的紊流附加切应力占主导地位。 由于层流底层很薄（?l很小），故设其内流速为直线分布。 ?l很小，只有十分之几毫米，但对水流阻力和水头损失影响很大。 ?l对同一管道不是一成不变的。 为什么？ ?二. 紊流分区 绝对粗糙度： 一般工业管道，受加工条件限制和运行条件的影响，它的壁面总是凹凸不平的。 壁面突出的平均高度，用?表示。 ?对水流的流态、阻力及损失的大小影响很大。 即使同一管道，在不同壁面上，?的大小、形状及分布状态也不同，是随机量，难确定。 设计一种人工管道，将粒径相同（ks）的砂粒均匀粘在管道壁面上，如果人工管道在水头、管径及管长与工业管道均相同时，hf也相等，则ks称为工业管道的当量粗糙度。 常用管道的当量粗糙度可查表得到。 管流中的基本规律大都是在人工管道中通过实验得到的，再应用到工业管道上。 * * 是否接近均匀流？ 渐变流 流线虽不平行，但夹角较小；流线虽有弯曲，但曲率较小。 急变流 流线间夹角较大；流线弯曲的曲率较大。 渐变流和急变流是工程意义上对流动是否符合均匀流条件的划分，两者之间没有明显的、确定的界限，需要根据实际情况来判定。 是 否 六. 一元流、二元流、三元流 一元（维）流动 二元（维）流动 三元（维）流动 平面流动 轴对称流动 任何实际流动从本质上讲都是在三维空间内发生的，二维和一维流动是在一些特定情况下对实际流动的简化和抽象，以便分析处理。 流场中运动要素与空间坐标的关系。 §1.2.2 恒定一元流的连续方程 不可压缩性液体恒定一元流的连续方程 ： 或 恒定不可压缩液体，各断面通过的流量相等，且断面平均 流速与过水断面面积成反比。 §1.2.3 实际液体恒定总流的能量方程 1、2 断面之间单位重量液体从水力机械获得（取+号，如水泵）或给出（取-号，如水轮机）的能量 ?一.方程形式： 位置水头、位能 压强水头、压能 测压管水头、势能 速度水头、动能 总水头、 总机械能 1.各项的几何意义 能量方程中各项都具有长度量纲，几何上可用某个高度来表示，常称作水头。 恒定总流的能量方程 ?二. 能量方程的图示 水头损失 若v=C，总流总水头线、测压管水头线平行。 恒定总流能量方程的几何表示——水头线 恒定总流能量方程的各项也都是长度量纲，也可以画成水头线，使沿程能量的转换和变化情况更直观、更形象。 水平基准线 位置水头线 测压管水头线 总水头线 o o *********** 水力坡度 称为水力坡度（水力坡降）。其中 s