材料加工冶金传输原理课件(吴树森)_1.docVIP

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文档下载 免费文档下载 /    本文档下载自文档下载网,内容可能不完整,您可以点击以下网址继续阅读或下载: /doc/b101cc451b6abdcc918c99c7 材料加工冶金传输原理课件(吴树森) 第4章 流动状态及能量损失 [此处图片未下载成功] 第4章 流动状态及能量损失 实际粘性流体流动时呈两种不同的流动形态:层流流动、湍流流动。 流动过程中产生流动阻力。 流动阻力造成能量损失:机械能转化为热能而散失。 单位质量流体的能量损失称水头损失:hW单位体积时称压力损失: P=γhWN N m 3 2 m m m m kg 本章主要讲两种流动形态,以及在两种流动方式下的能量损失 及其计算。 [此处图片未下载成功] 层流流动、湍流流动 晋朝王羲之(321—379)名作《兰亭序》中 有“清流激湍”的佳句; 宋代范成大(1226—1193)的五言古诗中 有“峡江饶暗石,水状日千变;不愁滩拢 来,但畏汾淖见” 《辞源》解释“汾淖” 是大旋涡。 [此处图片未下载成功] [此处图片未下载成功] “乌云被狂风卷散撕裂,沙粒从海滩上扬 起,树木弯下了腰”。 如果用近代湍流语言表达的话,就是 “乌云的运动是随机的.不规则的,湍流 涡旋的尺度在不断地降级,海滩上沙粒被 夹带着运动,树木受到地面附近强大的湍 流剪切而弯折”(陈景仁,1989)。 [此处图片未下载成功] 4.1 流动形态及阻力分类 4.1.1 雷诺试验 流体力学最经典的试验 雷诺试验 层流、过渡状态及湍流 三种状态:层流、过渡状态、湍流。 [此处图片未下载成功] 4.1 流动形态及阻力分类 层流(流线型流):流体质点在流动方向上分层流动,各层互 不干扰和渗混,流线呈平行状态。 形成层流的条件:u小,μ大。 湍流:流体流动时,各质点作无规则复杂运动,互相干扰地运动。 4.1.2 流动状态判别准则——雷诺数 试验发现:惯性力和粘性力的大小和比值直接影响流动形态。 比值越大(惯性力越大)越趋向湍流,………小……………小…………层流。 影响因素:u,ρ,d,μ [此处图片未下载成功] 4.1 流动/doc/b101cc451b6abdcc918c99c7形态及阻力分类 用流动过程的物理量表示这个关系,表示这个关系的数群称雷 诺数。 d 惯性力 粘性力 vC d (4.1) 式中 v — 管内平均流速; — 管内径。 下临界雷诺数 管内流动状态判别: C : Re Re C 时层流中间过渡 上临界雷诺数 Re C :Re Re C 时湍流 [此处图片未下载成功] 4.1 流动形态及阻力分类 C 随体系不同而变:随管内壁粗糙度 ,起始扰动而变。对光滑圆管内强制流动: Re C 2320; Re C 13000. 管内径d——圆形过水断面的特征长度。 非圆形时,用水力半径R作固体的特征长度 Re xA 式中 水力半径R xA——过水断面积; x——润湿周长。对明渠: C 300 [此处图片未下载成功] 4.1 流动形态及阻力分类 流体绕过固体流动时,也出现层状绕流和紊乱绕流: 式中 ——主流体绕流速度; ——固体特征长度.对球体为d,对平板为L。蠕流:Re=1。 这一判别 数据对选矿、水力运输等工程计算很有用。 [此处图片未下载成功] 4.1 流动形态及阻力分类 能量损失的两种形式 流体流动时流动阻力与能量损失可分为: 1、沿程阻力——沿流动路程上各流体层之间的内摩擦阻力。 层流——粘性摩擦。 湍流——流体微团的迁移和脉动。 沿程水头损失—— hl 2、局部阻力——局部障碍产生的阻力。 流道弯曲、截面改变、阀门等。 局部水头损失—— hr 3、总能量损失 总水头损失 hW hl hr总压强损失 :///doc/b101cc451b6abdcc918c99c7ar p hW (hl hr ) ↓ [此处图片未下载成功] 4.2 流体在园管中的层流运动 速度分布 取一半径为r,长度为l 的圆柱形流体段,如下图所示: p1 τr p2 圆管层流示意图 [此处图片未下载成功] 4.2 流体在园管中的层流运动 流体段沿管轴等速运动,则流体段沿管轴方向满足力平衡条件,即 r ( P P2 ) 2 rl 12 式中 、p2——流体段两端面上的压力; τ——圆柱侧表面上的切应力 对上式分离变量后积分,得: r p 2 rl dr2 p du rdr 2 l p 2 2 u (r0 r ) 4 l p 2 u r c 4 l 利用边界条件r=r0时,u=0,代入上式得 (4.7) (4.7)式即为管中层流有效断

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