[工学]流体力学-第四章.ppt

2021/2/12 * 二、管道截面突然缩小 流体从大直径的管道流往小直径的管道 v2 A2 v1 A1 vc Ac 流动先收缩后扩展,能量损失由两部分损失组成 第八节 局部水头损失的计算 2021/2/12 * 二、管道截面突然缩小(续) v2 A2 v1 A1 vc Ac 由实验 等直管道 随着直径比由0.115线性减小到1 第八节 局部水头损失的计算 2021/2/12 * 三、最大流速、平均流速、圆管流量、压强降(续) 4. 压强降(流动损失) 水平管: 结论: 层流流动得沿程损失与平均流速得一次方成正比。 第三节 流体的层流流动 2021/2/12 * 四、其它公式 1. 动能修正系数α 结论: 圆管层流流动的实际动能等于按平均流速 计算的动能的二倍 2. 壁面切应力(水平管) 第三节 流体的层流流动 2021/2/12 * 第四节 流体的紊流流动 一、紊流流动、时均值、脉动值、时均定常流动 1. 紊流流动 流体质点相互掺混,作无定向、无规则的运动,运动在时间和空间都是具有随机性质的运动,属于非定常流动。 2021/2/12 * 一、紊流流动、时均值、脉动值、时均定常流动(续) 2.时均值、脉动值 在时间间隔?t 内某一流动参量的平均值称为该流动参量的时均值。 瞬时值 某一流动参量的瞬时值与时均值之差,称为该流动参量的脉动值。 时均值 脉动值 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 一、紊流流动、时均值、脉动值、时均定常流动(续) 3.时均定常流动 空间各点的时均值不随时间改变的紊流流动称为时均定常流动,或定常流动、准定常流动。 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 二、紊流中的切向应力 普朗特混合长度 层流: 摩擦切向应力 紊流: 摩擦切向应力 附加切向应力 液体质点的脉动导致了质量交换,形成了动量交换和质点混掺,从而在液层交界面上产生了紊流附加切应力 + 1.紊流中的切向应力 由动量定律可知: 动量增量等于紊流附加切应力△T产生的冲量 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 二、紊流中的切向应力 普朗特混合长度(续) 2.普朗特混合长度 a b b a (1)流体微团在从某流速的流层因脉动vy进入另一流速的流层时,在运动的距离l（普兰特称此为混合长度）内,微团保持其本来的流动特征不变。 普朗特假设: (2)脉动速度与时均流速差成比例 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 二、紊流中的切向应力 普朗特混合长度(续) 2.普朗特混合长度(续) 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 三、圆管中紊流的速度分布和沿程损失(续) 2.圆管中紊流的速度分布 (1)光滑平壁面 假设整个区域内? = ?w=常数 粘性底层内 粘性底层外 因 切向应力速度(摩擦速度) 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 三、圆管中紊流的速度分布和沿程损失(续) 2.圆管中紊流的速度分布(续) (2)光滑直管 具有与平壁近似的公式 速度分布: 最大速度: 平均速度: 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 三、圆管中紊流的速度分布和沿程损失(续) 2.圆管中紊流的速度分布(续) (2)光滑直管(续) 其它形式的速度分布:(指数形式) Re n v/vxmax 平均速度: 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 三、圆管中紊流的速度分布和沿程损失(续) 2.圆管中紊流的速度分布(续) (3)粗糙直管 速度分布: 最大速度: 平均速度: 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 三、圆管中紊流的速度分布和沿程损失(续) 3.圆管中紊流的沿程损失 (1)光滑直管 (2)粗糙直管 实验修正后 第四节 流体的紊流流动 2021/2/12 * 一、紊流核心区和粘性底层 1.粘性底层 、圆管中紊流的区划、水力光滑与水力粗糙 粘性底层: 粘性流体在圆管中紊流流动时,紧贴固体壁面有一层很薄的流体,受壁面的限制,脉动运动几乎完全消失,粘滞起主导作用,基本保持着层流状态,这一薄层称为粘性底层。 圆管中紊流的区划: 2.紊流充分发展的中心区 1.粘性底层区 3.由粘性底层区到紊流充分发展的中心区的过渡区 第五节 紊流的结构及沿程水头损失系数的实验研究 2021/2/12 * 第五节 紊流的结构及沿程水头损失系数的实验研究 一、紊流核心区和粘性底层(续) 1.粘性底层 、圆管中紊流的区划、水力光滑与水力粗糙(续) 水力光滑与水力粗糙 粘性底层厚度:? 水力粗糙: ? ? 管壁的粗糙凸出的平均高度:?