中南大学《流体力学》课件第四章流动阻力和水头损失.ppt

流体力学电子教案 第四章 流动阻力和水头损失 （1） 恒定流 （2） 非恒定流 ★利用原有公式进行计算 将计算公式中的特征长度用水力直径或水力半径取代。 普朗特简介 普朗特（1875～1953），德国物理学家，近代力学奠基人之一。1875年2月4日生于弗赖辛，1953年8月15日卒于格丁根。他在大学时学机械工程，后在慕尼黑工业大学攻弹性力学，1900年获得博士学位。1901年在机械厂工作，发现了气流分离问题。后在汉诺威大学任教授时，用自制水槽观察绕曲面的流动，3年后提出边界层理论，建立绕物体流动的小粘性边界层方程，以解决计算摩擦阻力、求解分离区和热交换等问题。奠定了现代流体力学的基础。普朗特在流体力学方面的其他贡献有：①风洞实验技术。他认为研究空气动力学必须作模型实验。1906年建造了德国第一个风洞（见空气动力学实验），1917年又建成格丁根式风洞。②机翼理论。在实验基础上，他于1913～1918年提出了举力线理论和最小诱导阻力理论??，后又提出举力面理论等。③湍流理论。提出层流稳定性和湍流混合长度理论。此外还有亚声速相似律和可压缩绕角膨胀流动，后被称为普朗特-迈耶尔流动。他在气象学方面也有创造性论著。????普朗特在固体力学方面也有不少贡献。他的博士论文探讨了狭长矩形截面梁的侧向稳定性。1903年提出了柱体扭转问题的薄膜比拟法??。他继承并推广了A.J.C.B.de圣维南所开创的塑性流动的研究?。T.von卡门在他指导下完成的博士论文是关于柱体塑性区的屈曲问题。普朗特还解决了半无限体受狭条均匀压力时的塑性流动分析。著有《普朗特全集》、《流体力学概论》，此外还与O.G.蒂琼合写《应用水动力学和空气动力学》（1931）等 。 第四章 流动阻力 在圆管流中，层流的断面流速分布符合， 紊流的断面流速分布符合： A:均匀规律 ; B:直线变化规律； C:抛物线规律； ; D:对数曲线规律。 问题5： 答案 紊流的瞬时流速、时均流速、脉动流速、 断面平均流速有何联系和区别？ 问题6： 答案 瞬时流速：为某一空间点的实际流速，在紊流流态下随时间脉动； 时均流速：为某一空间点的瞬时速度在时段T 内的时间平均值； 脉动速度：其与时均速度的叠加等于瞬时速度； 断面平均速度v： 为过流断面上各点的流速（紊流是时均速度）的 断面平均值。 C，D 第四章 流动阻力 紊流时的切应力有哪两种形式？它们各与哪些因素有关？ 各主要作用在哪些部位？ 问题7： 答案 紊流附加切应力与粘性切应力均与流体的密度和脉动强度有关。 判断 答案 错 粘性切应力——主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关， 主要作用在近壁处。 附加切应力——主要与流体的脉动程度和流体的密度有关， 主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。 考考你:普兰特混合长度理论借用了气体中什么的概念。 答案 分子自由程 判断：紊流核心的切应力以附加切应力为主，粘性切应力可以忽略。 答案 对 第四章 流动阻力 紊流研究中为什么要引入时均概念？紊流时，恒定流 与非恒定流如何定义？ 问题8： 答案 紊流中为什么存在粘性底层？其厚度与哪些因素有关？ 其厚度对紊流分析有何意义？ 问题9 答案 在近壁处，因液体质点受到壁面的限制，不能产生横向运动，没有混掺现象，流速梯度 du/dy 很大，粘滞切应力τ=μdu/dy 仍然起主要作用。 把紊流运动要素时均化后，紊流运动就简化为没有脉动的时均流动，可对时均流动和脉动分别加以研究。紊流中只要时均化的要素不随时间变化而变化的流动，就称为恒定流。 粘性底层厚度与雷诺数、质点混掺能力有关。 随Re的增大，厚度减小。粘性底层很薄，但对能量损失有极大的影响。 第四章 流动阻力 有两根管道，一根输油管，一根输水管，当直径、长度、 边界粗糙度均相等时，则沿程水头损失必然相等。 判断： 答案 谢才系数C是一个无量纲的纯数。 问题9 答案 错 错 水从水箱经水平圆管流出，开始为层流。在保持水位 不变的条件下，改变水的温度，当水温由低向高增加 时，出流与水温的关系为： A.流量随水温的增加而增加； B.流量随水温的增加而减小； C.开始流量随水温的增加而显著增加， 当水温增加到某一值后，流量急剧减小； D.开始流量随水温的增加而显著减小，当水温增加到 某一值后，流量急剧增加，之后流量变化很小。 问题10 答案 C 第四章 流动阻力 谢才公式只能用于水流的粗糙区。 判断： 答案 工业管道的