流体力学第七章.ppt

紊流中的速度分布 四. 紊流运动中的流速分布 紊流运动中，由于流体涡团相互掺混，互相碰撞，因而产生了流体内部各质点间的动量传递；动量大的流体质点将动量传递给动量小的质点，动量小的流体质点牵制动量大的质点，结果造成断面流速分布的均匀化。 五. 紊流运动中的近壁特征 1、紊流区域划分： 粘性底层 层流向紊流的过渡层 紊流的核心区 2、流道壁面的类型： ?0 粘性底层的厚度 ? 任何流道的固体边壁上，总存在高低不平的突起粗糙体，将粗糙体突出壁面的特征高度定义为绝对粗糙度 ?/d 相对粗糙度 注意 水力光滑管和粗糙管面并非完全取决于固体管壁边界表面本身是光滑还是粗糙，而必须依据粘性底层和绝对粗糙度两者的相对大小来确定，即使同一固体边壁，在某一雷诺数下是光滑面，而在另一雷诺数下是粗糙面。 影响?的因素 对层流 对紊流 五. 紊流运动中的水头损失 尼古拉茨用几种相对粗糙不同的人工均匀粗糙管进行实验；通过改变速度，从而改变 雷诺数，测出沿程阻力，计 算出沿程阻力系数。 §7-7 管中流动沿程阻力系数的确定 一、尼古拉茨实验 其中壁面粗糙中影响沿程阻力的具体因素也不少，如粗糙的突起高度、粗糙的形状、粗糙的疏密和排列等． １、人工均匀粗糙 ３、尼古拉茨实验图的分析 ２、实验 １）层流区——实验点集中在直线ab上 ２）层流向紊流的过渡区——实验点集中在bc区间内,无具体计算式 3）水力光滑区——实验点集中在直线cd上 4）水力光滑向水力粗糙的过渡区——实验点集中在cdef区域内 怀特公式 5)水力粗糙区——实验点集中在ef区域后 １）层流区——实验点集中在直线ab上 ２）层流向紊流的过渡区——实验点集中在bc区间内,无具体计算式 3）水力光滑区——实验点集中在直线cd上 * * 第七章 流体在管路中的流动 流动阻力和水头损失 层 流 与 紊 流 圆 管 中 的 层 流 运动 圆 管 中 的 紊 流 运 动 局 部 水 头 损 失 实际流体具有粘性，单位重量的流体在运动过程中因克服粘性阻力而耗损的机械能称为水头损失。为了使流体能维持自身的运动，就必须从外界给流体输入一定的能量以补偿水头损失。例如，为保证管路正常通水，就得通过水泵给水管输入能量。因此，水头损失的研究具有重要的意义。 造成能量损失的原因：流动阻力 内因— 流体的粘滞性和惯性 外因— 流体与固体壁面的接触情况 流体的运动状态 ?一、过水断面上影响流动阻力的因素 过水断面的面积A 2. 过水断面的润湿周长χ 实验表明： 定义水力半径： 定义水力直径： 1. 沿程阻力和沿程水头损失hλ 二、流动阻力和水头损失的两种型式 流动中流体所承受的阻力来自于流体质点间及流体和管壁间摩擦阻力，称为沿程阻力。 2. 非均匀流动和局部损失hζ 在非均匀流动中，各流段所形成的阻力是各种各样的，但都集中在很短的流段内，这种阻力称为局部阻力。 称为沿程水头损失 称为局部水头损失 §7-1 流动状态实验——雷诺实验 一、雷诺实验 实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有。 两根测压管中的液面高差为两断面间的沿程水头损失 速度由小变大，层流 紊流； 上临界流速 速度由大变小，紊流 层流； 下临界流速 紊流运动 层流运动 流态不稳 二、流动状态与水头损失的关系 速度由大变小，紊流变为层流；DC1B ；紊流运动；CDE线 ；层流运动；AB直线 ；流态不稳； 紊流运动；E点之后 速度由小变大，层流变为紊流；BC+CD 由上述的实验分析看出，任何实际流体的流动皆具有层流和紊流两种流动状态；流体运动状态不同，其hf与v的关系便不一样，因此，在计算流动的水头损失之前，需要判别流体的运动状态。例如，圆管中定常流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比。 层 流 过渡区 紊 流 ?三、流动状态判别标准 通过量纲分析和相似原理发现，上面的物理量可以组合成一个无量纲数，并且可以用来判别流态。 称为雷诺数。 由于： 所以：临界速度不能作为 判别流态的标准！ 1883年，雷诺试验也表明：圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数 d 是圆管直径，v 是断面平均流速，? 是流体的运动粘性系数。 实际流体的流动之所以会呈现