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《流体力学》 教学课件 ? 湍流实验是认识湍流的重要工具，湍流研究也促进了流体力学实验技术的发展； ? 流场显示技术（氢气泡技术，激光诱导荧光技术等）和湍流场的精细定量测量技术（粒子图像测速法等）相结合，可以获得既直观又可靠的湍流场信息 本章小结: 1、雷诺实验 2、圆管中的层流流动 3、圆管中的湍流流动  4、圆管中的沿程阻力 5、圆管中的局部阻力  6、管路计算 7、水击现象 4.6.2 串联管路 串联管路中（无出流），流量处处相等，总水头损失等于 各段水头损失之和，即 4.6.3 并联管路 并联管路中，每段管路的水头损失都相等，而总流量为 各段流量之和。即 并联管路流量分配规律 串联管路 并联管路 解水泵输出功率为： 所以水泵输出功率为： 管路特性就是指一条管路上水头H(hW)与流量qV之间的函数关系，用曲线表示则称为管路特性曲线。 4.6.4 管路特性 在管路的始点1和终点2之间列伯努利方程式 (教材习题4-18) 长直的串联管道，可忽略局部损失，列两个水箱自由面的伯努利方程。 2. 如果并联一相同细管，则流量加大。若并联一相同粗管，则流量不变。 a. 并联一细管，则根据连续方程： b. 并联一粗管，则根据连续方程： 教材习题4-30 分别列1-2断面和1-3断面的伯努利方程，及2-3断面列连续方程，即可。 教材习题4-33 1 2 例4：图示两种状态，管水平与管自然下垂， 那种状态流量大，为什么？ 解：分别对1、2断面及1、3断面列伯努利方程，有 (设水平状态出口速度为V1，下垂状态出口速度为V2 ) 由于z2z1，因此 V2V1 ， qV2 qV1 例5：管路接个测压管，问：阀门开度加大，h如何变化？ 解：列1、2断面的伯努利方程，有 阀门开度加大，即V增加，所以h增加。 例6:如图，当阀门k开大，h如何变化？ 解：列1、2断面伯努利方程 z不变，V、qV均增大，因此h下降。 例7：1、图示管路，发现qV1变大了，问qV2怎样变？ 2、在管路上加个阀门k， 当阀门开大， qV1怎样变？ 解：1、图中为并联管路，根据题意，可列方程如下： 2、由方程组 qV增加了，只能qV1、 qV2同时增加。 由前面讨论知，qV1、 qV2同时增减，所以当阀门开度加大 4.7 水击现象 4.7.1 水击的物理过程 水击波传播 4.7.2 水击压强和水击波的传播速度 式中: c—水击波的传播速度。 这就是水击波在液体中的传播速度公式，也称为儒科夫斯基公式。 4.7.3 防止水击危害的措施 1、间接水击：阀门缓慢关闭 ； 2、过载保护：采用安全阀、蓄能器 ； 3、减小管路长度和增加管道的弹性； 由实验测得，起始段长度为 L*=0.02875dRe； 2、起始段长度： 工程上常采用石列尔公式，当取Re=2320时，得 L*=66.5d 3、起始段的能量损失 ① 如果管路很长， ，则起始段的影响可以忽略，用 ② 工程实际中管路较短，考虑到起始段的影响，取 可见，起始段损失加大，因中心层加速，外层减速，还有部分径向运动，都附加损失。 湍流是流体力学中公认的难题。自从19世纪末O.Reynolds 提出湍流的统计理论以来，已经有一个多世纪了，经过几代科 学家的努力，湍流研究取得了很大的进展。 4.3 圆管中的湍流流动 湍流流动，亦称紊流流动。湍流运动实质是一种非恒定流动。 ?湍流是流体的不规则运动，由此发展的经典湍流统 计理论，在上个世纪三四十年代曾取得辉煌的成绩。 Prandtl (1925) 提出的混合长理论； von Karman (1930) 建立的相似模型； 周培源先生（1940）首先建立了雷诺应力满足的输 运微分方程，是湍流模型理论的奠基性工作。 上世纪60年代非线性动力学系统理论和混沌 理论的发展为解决湍流问题提供了一些新思路。 但是，湍流是包含多种尺度以及多尺度间能 量传递和耗散过程的复杂系统，混沌与完全 发展的湍流之间还存在相当距离。 ? 湍流中大涡拟序结构对于湍流生成和发展具有主宰的作用； 抑制或消除大涡结构可能抑制整体的湍流强度，甚至使流动 层流化； 利用控制湍流拟序结构来控制湍流取得了显著的成就，例如，湍流减阻和降低噪声。 1 旋涡产生的条件： 2 形成旋涡的力学原因 4.3.1 时均流动与脉动 湍流：本质上是随机