流体力学(热能)第4章.ppt

第四章 流动阻力和能量损失 3．能量损失的分类 （1）沿程损失hf （2）局部损失hj 总能量损失 hw = ∑hf + ∑ hj ← 两者不相互干扰时。 沿程： （圆管) 局部： 压强损失： 注：式中的无量纲系数 和 不是一个常数，它与流体的性质、管道的粗糙度以及流速和流态有关，公式的特点是把求阻力损失问题转化为求无量纲系数问题，比较方便通用。经过一个多世纪以来的理论研究和实践检验都证明，达西公式在结构上是合理的，使用上是方便的。 本章主要内容是确定 和 。 §4—1 流体的两种流动型态 三、流态分析（紊流的成因） 1、从层流转变为紊流的条件 （1）涡体的形成 （2） Re 达到一定数值 §4—2 圆管中的层流运动 例题：P94 [例4-1]~[例4-3] 自学 本节只对简单均匀流作分析，找出 hf 与 τ的关系。 一、均匀流基本方程 1．沿程损失 2.流量 3.断面平均流速 4．圆管层流沿程损失计算式 §4—3 紊流的运动特征和紊流阻力 实际流体运动，绝大多数是紊流，所以研究紊流有重要的实践意义。紊流运动较为复杂，到目前尚处于半经验阶段，此处只介绍与流动阻力损失有关的理论。 一、紊流运动特征 1、脉动性 脉动性是紊流最明显的特征。 二、紊流半经验理论（恒定、均匀、二维、平面紊流） 1、紊流阻力 由于存在脉动现象，故紊流与层流相比，其切应力 ： 2．普朗特动量传递理论 （了解） （1）用脉动流速表示的附加切应力。 1 紊流中由于存在脉动流速，故对任一截面的两边流层， 在时间平均意义上，有动量从截面的一边传向另一边，称其为动量传递或动量交换。 2 脉动流速表示的附加切应力： （2）附加切应力与时均流速的关系。 1 普朗特混合长度理论假设： 2 附加切应力与时均流速的关系式：  上式中： l ——混合长度，表示紊流混掺的长度，可由实验测得。 l = y—流体质点到固体边壁的径向距离。 —卡门常数。 =0.36～0.435 一般取0.4 du x/dy——速度梯度。 3 恒定均匀二维紊流切应力表达式： 2 对数型流速分布的优缺点： 优点：有一定的理论基础，与实际比较符合。 缺点：有假设限制，特别是应用了混合长度理论。此理论对动量改变的假设与连续介质模型有一定的矛盾，另外如上面所提到的当y=0、y=r0的情况。 §4—4 紊流沿程损失计算 任务：确定紊流流动中λ的值。 影响λ的因素： λ=f(Re ，K/d ) 一、尼古拉兹实验 1、实验 （1）选择一组不同相对粗糙度的人工粗糙管。 人工粗糙管： 绝对粗糙度： 相对粗糙度： （2）具体实验方法 1 实验装置 类似雷诺实验装置 3 计算： （3）做Re～λ曲线（如图） 2、实验分析（据λ的变化特征分为五个区）： （1）层流区（Ⅰ区）： Re 2000，λ=f(Re ) （2）层流→紊流过渡区（Ⅱ区）