流体力学第四章.ppt

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第四章层流与湍流(LaminarandTurbulentFlow)流型判别的依据——雷诺准数(Reynoldsnumber)流动边界层的发展工业管道的当量粗糙度(roughness)直管阻力损失与摩擦因子范宁摩擦因子f(Fanningfrictionfactor)直管摩擦阻力的实验研究(因次分析法)

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Dimensionalanalysis直管摩擦阻力的实验研究(因次分析法)直管摩擦阻力的实验研究(因次分析法)伯金汉(Buckingham)?定理摩擦系数曲线图(Frictionfactorchart)摩擦系数曲线图(Frictionfactorchart)摩擦系数曲线图(Frictionfactorchart)直管阻力损失非圆形截面管道的当量直径局部阻力损失计算局部阻力损失计算【例】管流的沿程损失:当量粗糙度概念:通过将工业管道实验结果与人工砂粒粗糙管的结果比较,把和工业管道的管径相同,紊流粗糙区?值相等的人工粗糙管的砂粒粗糙度?定义为工业管道的当量粗糙度工业管道紊流过渡区的?值按工业管道紊流实验结果而绘制的?=f(Re,?/d)曲线图称为莫迪图紊流过渡粗糙区(P74)柯列勃洛克公式穆迪(Moody)图:以Re和?/d为参数,在双对数坐标中标绘测定的摩擦系数?值非圆形截面管道流体流动的阻力损失可采用圆形管道的公式来计算,只需用当量直径de来代替圆管直径d当量直径定义:流体浸润周边即同一流通截面上流体与固体壁面接触的周长非圆形截面管道的当量直径abr2r1采用当量直径计算非圆形截面管道的Re,稳定层流的判据仍然是Re<2000。计算阻力系数时,仅以当量直径de代替圆形截面直管阻力计算公式中的d,并不能达到几何相似的满意修正,因此需要对计算结果的可靠性作进一步考察。一些对比研究的结果表明,湍流情况下一般比较吻合,但与圆形截面几何相似性相差过大时,例如环形截面管道或长宽比例超过3:1的矩形截面管道,其可靠性较差。层流情况下可直接采用以下修正公式计算:???96(d2-d1)环形,环宽=(d2-d1)/2731.6a长方形,长4a,宽a530.58a等边三角形,边长a621.3a长方形,长2a,宽a57a正方形,边长为a常数Cde非圆形管的截面形状常数Cde非圆形管的截面形状管路系统中的阀门、弯头、缩头、三通等各种阀件、管件不仅会造成摩擦阻力(skin-friction),还有流道急剧变化造成的形体阻力(form-friction),产生大量旋涡而消耗机械能。流体流过这些阀件、管件处的流动阻力称为局部阻力。局部阻力损失计算局部阻力系数法:当量长度法:?——局部阻力系数le——当量长度100mm的闸阀1/2关le=22m100mm的标准三通le=2.2m100mm的闸阀全开le=0.75m流动状态分析雷诺(O.Reynolds)实验水金属网排水进水玻璃管节门有色液体流体运动的两种流态层流与紊流的概念层流:流体质点很有秩序地分层顺着轴线平行流动,不产生流体质点的宏观混合。湍流:流体质点沿管轴线方向流动的同时还有任意方向上的湍动,因此空间任意点上的速度都是不稳定的,大小和方向不断改变。湍流流体的流速波形反映了湍动的强弱与频率,同时也说明宏观上仍然有一个稳定的时间平均值。其它参数如温度、压强等也有类似性质。湍流的特点对直管内的流动而言:雷诺准数的定义流型的判别Re2000稳定的层流区2000Re4000由层流向湍流过渡区Re4000湍流区例?水=1.79?10-6m2/s,?油=30?10-6m2/s,若它们以V=0.5m/s的流速在直径为d=100mm的圆管中流动,试确定其流动形态解:水的流动雷诺数流动为紊流状态油的流动雷诺数所以流动为层流流态例运动粘度?=1.3?10-5m2/s的空气在宽B=1m,高H=1.5m的矩形截面通风管道中流动,求保持层流流态的最大流速解:保持层流的最大流速即是临界流速紊流流动的特征随机性统计意义上的确定性瞬时

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