[物理]水力学1第七章.pdf

第七章 实际流体的流动 第七章 实际流体的流动 由于粘性的影响，实际流体的流动会呈现出两 种不同的型态 — 层流和紊流，它们的流场结构 和动力特性区别很大，必须加以判别，并分别研 究。 不可压缩实际流体的层流流动可直接从 N-S 方 程出发求解，但能得到解析解的实例是极少的， 平行平板间和圆管中的均匀流是其中的两个。 在紊流流场中存在随机的脉动量，须对瞬时 量取统计平均，分别讨论平均流动和脉动量。 不可压缩实际流体紊流平均流动的运动方程 （雷诺方程）的应力项中含有脉动量的贡献（雷 诺应力）。须用半经验理论建立雷诺应力与平均 流速的关系，才能使方程封闭。 讨论壁面附近紊流切应力的特性，给出紊流 流速的对数分布律。为后面的管道水力计算和边 界层两章作准备。 实际流体流动的基本特性 实际流体流动的基本特性 可用壁面无滑 有旋性 可用壁面无滑 有旋性 移条件解释 移条件解释 涡量不再具有保持性，有向无 扩散性 涡量不再具有保持性，有向无 扩散性 旋区域扩散，趋于均匀的趋势 旋区域扩散，趋于均匀的趋势 耗散性 耗散性 粘性耗散能量 粘性耗散能量 第七章 实际流体的流动 第七章 实际流体的流动 §7— 1 流动的两种型态 §7—2 层流流动 §7—3 紊流流动 §7—4 圆管中的紊流流动 §7— 1 流动的两种型态 实际流体的流动会呈 实际流体的流动会呈 现出两种不同的型态： 现出两种不同的型态： 层流和紊流，它们的区 层流和紊流，它们的区 别在于：流动过程中流 别在于：流动过程中流 体层之间是否发生混掺 体层之间是否发生混掺 现象。在紊流流动中存 现象。在紊流流动中存 在随机变化的脉动量， 在随机变化的脉动量， 而在层流流动中则没 而在层流流动中则没 有。 有。 1883年，雷诺试验表明：圆管中恒定流动的流态转化取决于 雷诺数 vd R e ν d 是圆管直径，v 是断面平均流速，ν 是流体的运动粘性系 数。 实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素 实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素 与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动 与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动 的情况，容易理解：减小 d ，减小 v ，加大 ν 三种途径都是 的情况，容易理解：减小 d ，减小 v ，加大 ν 三种途径都是 有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而 有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而 大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 对比 扰动因素