材料工程基础之流体阻力和能量损失培训资料.pdf

材料工程基础 主讲：芦露华，杨志红，靳洪允 材料与化学学院 电话 邮箱：lhlu@cug.edu.cn 5 流体阻力和能量损失 5.1雷诺实验 5.2圆管中的层流 5.3圆管中的湍流 5.4管道中的局部阻力 5流体阻力和能量损失 讨论流体在管道中的流动状态，速度分布规律，流量计 算和流动中所产生的能量损失hf (重点)。 5.1雷诺实验 一、层流和湍流（流体在管道中运动时的两种动状态） 层流—— 流体质点无横向运动，互不混杂，次分明地沿 管轴流动。 湍流—— 流体质点具有无规则的横向脉动。引起流层 间流体质点的紊乱，相互的流动。 5.1雷诺实验 5.1雷诺实验 5.1雷诺实验 二、雷诺数（流态的判定） vd Re —— 雷诺数(无量纲） ν 临界雷诺数：Re ′ = 13800 层→湍 （上） c （金属圆管）Rec = 2320 湍→层 （下） v d 对于非圆截面管道： Re H ν 4A 式中： d —— 水力直径 H S 式中：S —— 湿周，即过流断面的周界长度。 5.1雷诺实验 用下临界雷诺数判别流态（对于光滑金属管）： 当Re Rec = 2320 层流 雷诺判据 当Re 2320 湍流 雷诺数的物理意义： 流体运动时所受到的惯性力与粘性力之比。 5.2 圆管中的层流 讨论层流状态下圆管过流断面上的速度分布、流量计算 及沿程水头（压强）损失h (∆p )的计算。 l l 一、过流断面上的速度分布 水平放置的等径直圆管内流体作定常层流。从中取出 一轴心与管轴重合的微小圆柱流体，分析其在水平方向 （x方向）上的受力。 5.2 圆管中的层流 质量力：只有重力，无此方向上的分力 表面力：(1)两端面上的压力： （p −p ) πr2 = ∆p πr2 1 2 (2) 圆柱体侧表面上的粘性摩擦力 dv 2 ⋅ −2 ⋅ π τ π µ rl rl