流体学第5讲节管中流动1.pdf

第五章管中流动 流体运动的主要形式 按流体与固体接触情况分，流体运动主要有四种形式 1、流体在固体内部的管中和缝隙中流动。 2 、流体在固体外部的绕流。 3、流体在固体一侧的明渠流动。 4 、流体与固体不接触的孔口出流和射流。 本章主要讨论流体在固体内部的管中流动 管中流动所涉及的问题 流动状态、速度分布、起始段、流量和压差的计算、能量损失等等 2012年12月15 日 1 流体运动的四种形式 1、流体在固体内部的管中和缝隙中流动 2、流体在固体外部的绕流。 3、流体在固体一侧的明渠流动。 4、流体与固体不接触的孔口出流和射流 2012年12月15 日2 5.1 粘性流体运动的两种流态: 层流(Laminar Flow) 湍流(Turbulent Flow) •两种流态的运动特征 – 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds ）通过试 验观察到液体中存在层流和湍流两种流态。 2012年12月15 日3 流体流动的状态 •Reynolds 雷诺实验 雷诺实验装置 红墨水 溢 节流阀 水 1、玻璃管中流速较小时，管中颜色水成直线，颜色水沿轴线流动，没有横向流 动，不互相掺杂，这种现象称为层流。 2、将节流阀逐渐开大，颜色水开始抖动，直线形状破坏，称为过渡状态。 3、节流阀开大到一定程度，也就是管中流速增大到一定程度，颜色水开始杂 乱无章，质点在横向和纵向都有不规则的速度，这种状态称为湍流。 2012年12月15 日4 流体流动的状态 •Reynolds实验 过渡流 开始抖动 层流 成直线 湍流杂乱无章 2012年12月15 日5 层 流 •层流的特点 （1 ）有序性。 – 水流呈层状流动，各层的 质点互不混掺，质点作有 序的直线运动。 （2 ）粘性起主要作用，遵循牛 顿内摩擦定律。 （3 ）能量损失与流速的一次方 成正比。 （4 ）在流速较小且雷诺数Re 较小时发生。 2012年12月15 日6 湍流 • 湍流：是指局部速度、压力等力 学量在时间和空间中发生不规则脉 动的流体运动。 • 湍流流动的特点 （1 ）无序性、随机性、有旋性、混掺 性。流体质点不再分层流动，而是 呈现不规则湍动，流层间质点相互 混掺，为无序的随机运动。 （2 ）湍流受粘性和湍动的共同作用。 （3 ）水头损失与流速的1.75~2次方成 正比。 （4 ）在流速较大且雷诺数较大时发生 2012年12月15 日7 临界速度 如果管径d及流体的运动粘度v一定 从层流→湍流时的平均速度也是一定的，称 v