工程流体力学第4章流体在圆管中的流动

《工程流体力学第4章流体在圆管中的流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章流体在圆管中的流动1.流体在固体内部的管中流动和缝隙中流动;2.流体在固体外部的绕流;3.流体在固体一侧的明渠流动;4.流体与固体不相接触的孔口出流和射流。流体运动按与物体的接触情况分类：在机械工程方面，涉及最多的就是流体在管路中流动，如机床的润滑系统、汽车发动机的冷却系统，车间的供水、供风、供油及通风除尘设备等。4.1雷诺实验19世纪末，英国物理学家雷诺通过实验装置，发现流体在管道中流动时，有两种完全不同的流动状态。流速很小时，管内液体沿轴向流动，层与层之间、流束之间不互相混杂，流体质点之间没有径向的运动交换，都保持

2、各自的流线运动，这种流动状态称为层流。流速增大时，颜色水看是动荡，但仍保持完整形状，管内液体仍为层流状态，当到达到某一值时，颜色线开始抖动、分散。这是一种由层流到湍流的过渡状态。当流速达到一定值时，质点运动曾现一种紊乱状态，质点流动杂乱无章，说明管中质点流动不仅仅在轴向，在径向也有不规则的脉动现象，各质点大量交换混杂，这种流动状态称为湍流或紊流。4.1.1层流和湍流颜色水颜色水颜色水1.临界速度流体流动速度不断加大，由层流状态开始变成紊流状态的速度称为上临界数（Vk´）。·流体流动速度不断减小，由紊流状态开始变成层流状态的速

3、度称为下临界数（Vk）。实验测得Vk´>Vk能否用速度界定流体的流动状态？？？1.层流是一种不稳定的流动状态。4.1.2流动状态的判定用不同的流体在相同直径的管道中进行实验，所测得的临界速度各不相同。用同一种流体在不同直径的管道中进行实验，所测得的临界速度也不相同。流体的流动状态与管径有关。流体的流动状态与流体物理属性有关雷诺实验2、雷诺数Re>13800时，管中流动状态是紊流；Re<2320时，管中流动状态是层流。雷诺实验工程中判断标准：Re<2000，层流；Re>2000，紊流。4.14水力直径的概念水力直径大，说明流体

4、与管壁接触少，阻力小，通流能力大，即使通流截面小也不堵塞。一般圆形管道的水力直径比其它通流截面积相同而形状的不同的水力直径大。湿周：是过流断面上流体与固体接触的周长。水力直径是一个直接影响流体在管道中的通流能力的物理量。4.1.3沿程损失与速度的关系1沿程损失沿流程的摩擦阻力，叫作沿程阻力，由此产生的能量损失称为沿程损失。2沿程损失与速度的关系m=1.75~2在试验管的两侧安装测压管列1、2两断面的伯努利方程：2121表明测压管液柱高度差为其沿程损失水头。改变速度,逐次测量层流、湍流两种情况下的与对应的值。将实验结果标在对数

5、坐标纸上如图4.4所示。因此可得:1.层流:层流的损失规律2.紊流：紊流的损失规律雷诺实验贡献1、揭示了流体流动存在两种状态——层流、紊流（湍流）；2、找出了判定层流、紊流（湍流）的方法----雷诺数Re；3、给出了层流、紊流（湍流）的不同损失规律。m=1.75~24.2圆管中的层流流动层流流动假设：1）研究对象为不可压缩流体；2）一般情况下，流体质点的运动惯性力和质量力忽略不计；3）流体的粘度不变。颜色水4.2.1管中层流流速分布和流量管中流动流线是平行的，流速以管轴为对称轴，在同一半径上速度相等，流体做等速运动。管中层流

6、运动分析：流速分布1速度分布：速度和半径之间呈二次抛物线关系，管轴处流速达到最大。可见:2、流量此式称为哈根-伯肃叶定律。该定律说明：圆管中流体作层流流动时，流量与单位长度的压强降和管半径的四次方成正比。4.2.2平均流速与最大流速2.最大速度1.平均流速由速度分布公式：圆管层流的平均流速是最大流速的一半。4.2.3层流的动能和动量修正系数1、动能修正系数2、动量修正系数动能修正系数和动量修正系数都是大于1的正数，且速度分布越均匀，则修正系数越小。4.2.4层流的沿程损失沿程能量损失可以用压强损失、水头损失或功率损失三种形式

7、表示：1、压强损失2、水头损失与雷诺实验结果一致。由（1）式变形得：同样压强损失可表示为：此即流体力学中著名的达西(Darcy)公式。3、功率损失A.在过流断面上是常数；B.管轴处是零，且与半径成正比；C.管壁处是零，向管轴线性增大；D.按抛物线分布。B问题1：圆管层流流动，过流断面上切应力分布为：问题2：在圆管流中，层流的断面流速分布符合：A.均匀规律；B.直线变化规律；C.抛物线规律D.对数曲线规律。C问题3： 圆管层流，实测管轴线上流速为4m／s，则断面平均流速为：A.4m／s；B.3.2m／s；C.2m／s；D.1m

8、／s。C问题问题4：应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m，如图。实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值hp=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。试求油的运动粘度和动力粘度。解:列细管测量段前、后断面伯努利方程,得:而：设管中液体流动状态为层流