流体力学流动阻力和能量损失教学课件.ppt

* * §4.1 沿程损失和局部损失 §4.2 层流与紊流、雷诺数 §4.3 圆管中的层流运动 §4.4 紊流运动的特征和紊流阻力 §4.5 尼古拉兹实验 §4.6 工业管道紊流阻力系数的计算公式 §4.7 非圆管的沿程损失 §4.8 管道流动的局部损失 §4.9 减小阻力的措施 第四章 流动阻力和能量损失 单位重量流体的平均能量损失 固体边壁 速度梯度 粘性 流动阻力 能量损失 一、流动阻力和能量损失的分类 2.局部阻力 1.沿程阻力 局部能量损失(局部水头损失) 沿程能量损失(沿程水头损失) 2.局部能量损失 1.沿程能量损失 发生在均匀流(缓变流)整个流程中的能量损失，由流体的沿程摩擦阻力造成的损失。 发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，即在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。 二、能量损失的计算公式 ——单位重力流体的沿程能量损失 ——沿程损失系数 ——管道长度 ——管道内径 ——单位重力流体的动压头（速度水头）。 1.沿程水头损失 2、局部水头损失 ——单位重力流体的局部能量损失。 ——单位重力流体的动压头（速度水头）。 ——局部损失系数 用压强损失表示: 三、总能量损失 整个管道的能量损失是分段计算出的能量损失的叠加。 ——总能量损失(水头损失)。 第二节　层流和紊流、雷诺数 一、雷诺实验 1883年英国物理学家雷诺在与图4-2类似的装置上进行了实验。试验时，水箱A内水位保持不变，阀门C用于调节流量．容器D内盛有容重与水相近的颜色水，经细管E流入玻璃管，阀门F用于控制颜色水流量。 当管B内流速较小时，管内颜色水成一股细直的流束，这表明各液层间毫不相混。这种分层有规则的流动状态称为层流。当阀门F逐渐开大流速增加到某一临界流速时，颜色水出现摆动，继续增大流速，则颜色水迅速与周围清水相混，这表明液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混．这种流动状态称为紊流。 实验现象 层流：着色流束为一条明晰细小的直线。表明整个流场呈一簇互相平行的流线，流动状态分层规则。 紊流：着色流束迅速与周围流体相混，颜色扩散至整个玻璃管。表明流体质点作复杂的无规则的运动,各部分流体互相剧烈掺混。 过渡状态：着色流束开始振荡摆动。表明流体质点的运动处于不稳定状态。 层流 紊流 过渡状态 §层流、紊流和雷诺数 二、沿程损失与流动状态 实验装置 §层流、紊流和雷诺数 实验结果 结论： 沿程损失与流动状态有关，故计算各种流体通道的沿程损失，必须首先判别流体的流动状态。 层流： 紊流： §层流、紊流和雷诺数 三、流态的判别准则—临界雷诺数 1、实验发现 2、临界流速 ——下临界流速（紊流过渡到层流状态下的流体速度） ——上临界流速（层流过渡到紊流状态下的流体速度） 层 流： 不稳定流： 紊 流： 流动较稳定 流动不稳定 O hj vcr v D C B A v’cr §层流、紊流和雷诺数 3、临界雷诺数 层 流： 不稳定流： 紊 流： ——下临界雷诺数 ——上临界雷诺数 工程上常用的圆管临界雷诺数 层 流： 紊 流： 雷诺数 §层流、紊流和雷诺数 例4.1 水和油的运动粘度分别为 和 ，若它们以v＝0.5m/s 的流速在直径为d＝100mm的圆管中流动，试确定其流动形态；若使流动保持为层流，最大流速是多少？ 解: (1)水的流动雷诺数 所以流动为紊流流态。 保持层流的最大流速是临界流速: (2)油的流动雷诺数 所以流动为层流流态。 油流动保持为层流的最大流速： §层流、紊流和雷诺数