粘性流体管内流动.PPT

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4.1 边界层的形成和发展 二、边界层内的流态 边界层流型:层流边界层和湍流边界层。 层流边界层:在平板的前段,边界层内的流型为层流。 湍流边界层:离平板前沿一段距离后,边界层内流型可能转为湍流。 4.1 边界层的形成和发展 三、流体在圆管内流动的边界层 充分发展的边界层厚度为圆管的半径; 进口段内有边界层内外之分 ; 也分为层流边界层与湍流边界层; 进口段长度: 层流: 湍流: 4.2 边界层的分离 A B S? 边界层分离的后果: 产生大量旋涡; 造成较大的能量损失。 边界层分离的必要条件: 流体具有粘性; 流动过程中存在逆压梯度。 边界层分离:实际流体流过弯曲壁面时,经常从某一点开始边界层脱离壁面,并产生旋涡的现象 4.2 边界层的分离 边界层分离过程: x A umin=0,pmax;停滞点,驻点 B umax pmin C umin=0,pmax; 新停滞点,分离点 分离面 空白区,涡流区 A→B加速减压 B→C减速加压 旋涡 2.1 粘性流体的两种流动状态 二、判断流动形态的依据——雷诺数Re 【例6-1】 管道直径 100mm,输送水的流量 m3/s,水的运动黏度 m2/s,求水在管中的流动状态?若输送 m2/s的石油,保持前一种情况下的流速不变,流动又是什么状态? 【解】 (1)雷诺数 (m/s) 故水在管道中是紊流状态。 2.1 粘性流体的两种流动状态 二、判断流动形态的依据——雷诺数Re (2) 故油在管中是层流状态。 2.2 管内流动的两种损失 一、管内流动损失的分类 为沿程损失 为局部损失 hf hj 管内流动损失 a1v12/2g a2v22/2g a1v12/2g hf1 hf2 hf3 hf4 hj入口 hj突缩 hj阀门 hj突扩 0 0 2.2 管内流动的两种损失 二、沿程损失 定义: 缓变流在流动过程中由于各流体微团或流层之间以及流体与管壁之间的摩擦引起的能量损失称为沿程能量损失,单位重力流体的沿程损失用hf 表示。 计算公式: 沿程损失系数: 雷诺数(即流型) 内壁表面粗糙度 单位重力流体: 2.2 管内流动的两种损失 二、沿程损失 沿程损失与流态的关系: (1) 沿OABCD移动 (2) 沿DCAO移动 沿程损失与流速的关系式, 系数 指数 层流: 湍流: 2.2 管内流动的两种损失 三、局部损失 定义: 管道中流动的粘性流体流经各种局部障碍(如阀门、弯头、变截面管)时,产生的能量损失称为局部能量损失,单位重力流体的局部损失用hj 表示。 原因: 流体流动变形、方向变化、速度重新分布等在流体微团间发生碰撞 计算公式: 局部损失系数,取决于各障碍的类型 单位重力流体: 2.2 管内流动的两种损失 三、局部损失 障碍物类型: (1) 管道截面突然变化 (2) 各种管接头 2.2 管内流动的两种损失 三、局部损失 障碍物类型: (3) 阀门: 截止阀、分流阀、 止回阀、调节阀等 截 止 阀 对于管道系统来说,总的能量损失计算: 3.1 流体在圆管中的层流流动 P1 P2 τ θ 定常圆管内流动 l G h r0 r x 一、粘性摩擦力分布 如图所示管内定常流动,取半径为r,长度为dl的圆柱体为控制体,进行受力分析,得 适用于 层流和湍流 水平放置 管壁处粘性摩擦力 3.1 流体在圆管中的层流流动 二、圆管中层流流动速度分布 由牛顿粘性摩擦定律,得 抛物线型速度分布 3.1 流体在圆管中的层流流动 二、圆管中层流流动速度分布 通过圆环dr的流量 平均速度 3.1 流体在圆管中的层流流动 三、圆管中层流流动的阻力系数 对管段dl, 列1和2截面的伯努利方程 λ仅与雷诺数有关,与粗糙度无关 3.1 流体在圆管中的层流流动 四、圆管中层流流动动能的修正系数 3.1 流体在圆管中的层流流动 五、计算举例 【例6-2】 圆管直径 mm,管长 m,输送运动黏度 cm2/s的石油,流量 m3/h,求沿程损失。 【解】 判别流动状态 为层流 (m/s) (m 油柱) 3.1 流体在圆管中的层流流动 五、计算举例 【例6-3】 输送润滑油的管子直径 8mm,管长 15m,如图6-12所示。油的运动黏度 m2/s,流量 12cm3/s,求油箱的水头 (不计局部损失)。 润滑油管路 (m/s) 雷诺数

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