层流`紊流及水头损失.ppt

2、半经验理论（Prandtl L.） ——涡流粘度，是紊动质点间的动量传输的一种性质。?不取决于流体粘性，而取决于流体状况及流体密度。 紊流流速呈对数规律分布。 6.4 圆管紊流的沿程水头损失 6.4.1 沿程阻力系数的影响因数 6.4.2 尼古拉兹实验与紊流阻力分区 一、 尼古拉兹实验 层流时, ?=f(Re) ?=f(Re) ?=f(Re,?/d) ?=f(,?/d) 圆管紊流的流动分区： 第1区——层流区， ?=64/Re。 第2区——层流向紊流的过渡区，?=f(Re) 。 第3区——紊流水力光滑管区，Re4000, ?=f(Re) 。 第4区——紊流过渡区，?=f(Re,?/d) 。 第5区——水力粗糙管区或阻力平方区，?=f(?/d）。 ? 光滑区的分析 二、流速分布 1、紊流光滑区 2、阻力平方区 2、粗糙区 四、阻力区的判别 五、工业管道的Colebrookgshi 公式 穆 迪 图 六、沿程阻力系数的经验公式 1、Blasius公式 2、希弗林松公式（粗糙区） 3、谢才公式 七、非圆管的沿程损失 2、局部水头损失的影响因素 二、几种典型的局部水头损失系数 1、突然放大 6.5 局部水头损失 一、局部水头损失的一般分析 1、局部水头损失产生的原因 动量方程有： 通式 2、突然缩小管； 3、渐扩管； 4、渐缩管； 5、弯管 三、局部之间的相互干扰 查表。 1、边界层（boundary layer）：亦称附面层 雷诺数很大时，粘性小的流体（如空气或水）沿 固体壁面流动（或固体在流体中运动）时壁面附近 受粘性影响显著的薄流层。 2、流场的求解可分为两个区进行 边界层内流动 必须计入流体的粘性影响 可利用动量方程求得近似解。 边界层外流动 视为理想流体流动，可按 势流求解。 ? 6.6 边界层概念和绕流阻力 6.6.1 边界层概念 1、边界层的描述 普兰特把贴近于平板边界存在较大切应力 ，粘性影响不能忽略的薄层称为边界层。 U? ? U? U? 粘性底层 层流边界层 紊流边界层 过渡区 边界层界限 xcr x y Ux Ux x 边界中的水流同样存在两种流态：层流和紊流。 层流边界层和紊流边界层 6.6.2 边界层的厚度 边界层厚度?（boundary layer thickness）：自固体边界表面沿其外法线到纵向流速ux达到主流速U0的99%处，这段距离称为边界层厚度。 边界层的厚度顺流增大，即?是x的函数。 转捩点，临界雷诺数 转捩点：在x=xcr处边界层由层流转变为紊流的过渡点。 特点：临界雷诺数的大小与来流的脉动程度有关。 临界雷诺数： 临界雷诺数的范围： 边界层厚度 临界雷诺数并非常量，而是与来流的扰动程度有关，如果来流受到扰动，脉动强，流态的改变在较低的雷诺数就会发生。 层流边界层（laminar boundary layer）：当边界层厚度d较小时，边界层内的流速梯度很大，粘滞应力的作用也很大，这时边界层内的流动属于层流，这种边界层称为层流边界层。 紊流边界层（turbulence boundary layer）： 当雷诺数达到一定数值时，边界层中的层流经过一个过渡区后转变为紊流，就成为紊流边界层。 层流边界层与紊流边界层 在紊流边界层内，最紧靠平板的地方，dux/dy仍很大，粘滞力仍起主要作用，其流态仍为层流，所以紊流边界层内有一粘性底层。 U? ? U? U? 粘性底层 层流边界层 紊流边界层 过渡区 边界层界限 xcr x y Ux Ux x 边界层分离（separation of boundary layer） ：因压强沿流 动方向增高，边界层内流体从壁面离开的现象称边界层分离。 若压强梯度保持为零时，即dp/dx=0 平板绕流的边界层分离 无论板有多长，都不会发生分离，这时边界层只会沿流向 连续增厚。 6.6.3 边界层分离 边界层迅速地增厚，压强的增大（流速减小）和阻力增大使边界层内动量减小，如两者共同作用在一足够长的距离，致使边界层内流体流动停滞下来，分离便由此而生，自分离点C起，边界流线必脱离边界，其下游近壁处形成回流（或涡旋），在分离点： dp/dx0 若压强沿程增大，即p2p1或梯度 dp/dx0 2、尾流 尾流：分离流线与物体边界所围的下游区域。 减小尾流的主要途径：使绕流体型尽可能流线型化。 1、边界层内是否