(工学)工程流体力学第5章课件

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1、第五章流动损失与管路计算2008年10月南京航空航天大学内流研究中心第五章目录(6学时)§5-1流动状态与流动损失分类(1)雷诺实验、层流、湍流(2)沿程水头损失与流速关系(3)流态判定(4)流动损失分类§5-2圆管中充分发展层流及沿程损失计算（1)圆管层流速度分布（2)沿程损失计算§5-3圆管中湍流流动（1)湍流研究方法（2)湍流中动量交换与附加湍流应力（雷诺应力）（3)普朗特混合长度假设（4)管内湍流速度分布第五章目录(续)§5-4管内湍流时沿程损失（尼古拉兹试验）§5-5局部损失计算(1)局部损失原因(突缩、突扩、弯曲、障碍物

2、等)(2)局部损失计算(3)减少局部损失的措施§5-6管路计算(1)串联管路损失计算(同径,异径)(2)并联管路计算(3)管网计算作业：2、5、6/7、8、9/11、15、20§5-1流动状态与流动损失分类(1)雷诺实验、层流、湍流自然界存在的两种流态：层流(LaminalFlow)L.F湍流（紊流）(TurbulentFlow)T.F乱流1883年，雷诺作了一个著名的实验—雷诺实验§5-1流动状态与流动损失分类OsborneReynolds(1842-1912)England（1）层流，湍流，Reynold试验。雷诺实验：观察彩色

3、水与主流的摻混过程§5-1流动状态与流动损失分类实验发现存在两种有显著差异的流态：层流与湍流，二者之间有一短暂的过渡区（转棙）§5-1流动状态与流动损失分类上临界速度Vc'：由过渡→湍流时的速度。下临界速度Vc：由过度→层流时的速度。§5-1流动状态与流动损失分类实验表明损失与流态有关：§5-1流动状态与流动损失分类（2）沿程水头损失与流速关系：（2）沿程水头损失与流速关系：建立1-2截面不可压一维Bernoulli方程若等直水平圆管，则z1=z2，V1=V2，得到1-2截面间的流动损失流动损失就是沿程的压力损失§5-1流动状态与流

4、动损失分类（3）层流，湍流流态的判据…雷诺数Reynold’sNumberRe研究发现，流态的判定由雷诺数决定。它是流体的粘性力与惯性力之比，式中的d是流动特征尺寸，管流用d，翼型用弦长C….。§5-1流动状态与流动损失分类存在临界Re（下临界Rec和上临界Rec'）：一般下临界Rec较为固定，常用它作为判据。典型的不同管子的Rec：光滑圆管：2300胶管：1600同心环缝：1100偏心环缝：1000通常用Rec=2300作为层流向湍流转棙的判据§5-1流动状态与流动损失分类不同截面形状的管子，可用当量直径d来计算Rec：它等于4倍

5、截面积4A除以浸润湿周长L对矩形：对正方形：对圆形：对正三角形：同心圆环？§5-1流动状态与流动损失分类Exp：d=32mm的管子，液压油流，Q=3升/s，运动粘度ν=30×10-2cm2/s，定流态及临界流速。解：即：Q<1.734升/s，流动才为层流。§5-1流动状态与流动损失分类湍流（4）流动损失分类1.沿程损失hf：流动过程中流体层之间摩擦产生的损失，最终克服固壁与流体间的摩擦力。式中的λ称为沿程损失系数，它与流体的粘度、流速、流态、管径等等因素有关，它是一个无量纲数λ=4f，f…摩擦系数，该公式是本章的基本公式，要求记忆§

6、5-1流动状态与流动损失分类著名的Darcy公式求沿程损失2局部损失：管路形状突变处。ξ称为局部损失系数，它也是无量纲量。其值取决于流动Re数、几何形状。§5-1流动状态与流动损失分类（4）流动损失分类§5-1流动状态与流动损失分类（4）流动损失分类总的流动损失可用水头线形象地表示§5-1流动状态与流动损失分类（4）流动损失分类管流的水头变化§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失（1）圆管层流速度分布圆管内取一控制体，长dx，面积A=πr2，对控制体建立动量方程得：定常流，等截面层流等式右边为零可推导得圆管层流运动方程又因为在层流中可

7、得积分得：§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失（1）圆管层流速度分布H为单位管长之压降抛物线分布直线分布a.r=0处：b.r=R处：§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失（1）圆管层流速度分布或者§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失c平均流速d体积流量（1）圆管层流速度分布体积流量正比于直径的四次方§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失ｅ测量流体粘度a沿程损失hf（1）圆管层流速度分布（2）圆管层流流动损失§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失对于油流层流：λ=75/Re，只与Re有关。b沿程损失功率：可见，Q，D一定时，Nf与μ，长度L

8、都成正比。§5-2不可压管内层流流动的沿程损失§5-1流动状态与流动损失分类§5-2不可压层流圆管流动的沿程损失要点及难点１、层流、湍流、临界雷诺数２、３、圆管层流作业：２、５(注意坐标系)、６§5-3圆管中的湍流流动（1）湍流研究方