《管中流动》PPT课件

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1、第五章管中流动主要讨论不可压缩流体在管路中的流动规律，其中包括流动状态分析，能量损失计算方法，工程中常见管路系统的计算问题。§5-1雷诺实验1883年雷诺通过大量的实验发现流体有两种不同的状态，不同流体状态流体的阻力性质不同。——雷诺实验雷诺实验装置观看录像1观看录像2不管颜色水放在何处，呈直线状。颜色水与周围液体没有混杂水，流体质点没有垂直于主流方向的横向运动。颜色开始弯曲颤动，但仍然层次分明，互不混掺。流体在纵向和横向都有速度脉动颜色水与周围液体完全混掺，不再维持流束状态，流体做复杂的、无规则的、随机不定常运动。一、临界速度与

2、临界雷诺数Re＝vd/上临界雷诺数Rec：层流→湍流时的临界雷诺数，它易受外界干扰，数值不稳定。下临界雷诺数Rec：湍流→层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准。判别依据：ReRec流动为层流Rec＝2320RecRec流动为湍流Rec＝13800上临界流速vc：层流→湍流时的流速。下临界流速vc：湍流→层流时的流速。vc

3、明矩形、环形缝隙、滑阀阀口三、管中层流湍流的水头损失规律ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。ef段：当υ>υc’时，流动只能是湍流。be段：当υc<υ<υc‘时，流动可能是层流（bc段），也可能是湍流流（bde段）。层流：m1=1.0,hf=k1v,即沿程水头损失与流速的一次方成正比。湍流：m2=1.75~2.0,hf=k2v1.75~2.0，即沿程水头损失hf与流速的1.75~2.0次方成正比。§5-2圆管中的层流一、分析层流运动的两种方法从N－S方程出发从分析受力平衡状态出发y方向受到的外力：一是两端面上的压力（p1－p2

4、）r2；一是圆柱面上的摩擦力2rl，由得（p1－p2）r2－2rl＝0引用牛顿内摩擦定律可得：条件：定常、单向流动、轴对称、等径均匀流二、速度分析与流量由圆管边界条件r＝R时，vy＝0，可得所以流量：设在管内离管轴心为r处取一薄层，它的厚度为dr，则通过此薄层圆环的流量dqV=2vyrdr，由此得通过圆管的总流量qV为——哈根－伯肃叶(Hagen-Poiseuille)定律三、平均速度和最大速度当r=0代入速度分布式，得出轴心处最大流速vmax平均速度四、切应力分布在管轴处为零，在管壁处为最大，它的值0为作用在管

5、壁上的总摩擦力五、动能与动量修正系数六、沿程损失1、压强损失由哈根－伯肃叶定律得2、水头损失与速度的一次方成正比若将雷诺数引入上式，可得沿程水头损失的表达式令为沿程阻力系数则达西公式3、功率损失克服沿程阻力所消耗的功率七、层流起始段流体以均匀的速度流入管道后，由于粘性，近壁处产生边界层，边界层沿着流动方向逐渐向管轴扩展，因此沿流动方向的各断面上速度分布不断改变，流经一段距离L后，过流断面上的速度分布曲线才能达到层流或湍流的典型速度分布曲线，这段距离L称为进口起始段。层流：L＝0.02875dRel>>L，起始段的影响可以忽略l<

6、L，计算沿程水头损失的公式是§5-3圆管中的湍流无序性：流体质点相互混掺，运动无序，运动要素具有随机性。耗能性：除了粘性耗能外，还有更主要的由于湍动产生附加切应力引起的耗能。扩散性：除分子扩散外，还有质点湍动引起的传质、传热和传递动量等扩散性能。湍流的特点一、时均流动与脉动根据图所示的一点上的速度变化曲线，用一定时间间隔T内的统计平均值，称为时均流速来代替瞬时速度，即瞬时速度v与时均速度之间的差值称为脉动速度，用v’表示，即脉动值时正时负，且在T时间段内有用同样的方法可以定义任一流动参数f的时均值为脉动值与平均值具有下列运算法则想

7、一想：湍流的瞬时流速、时均流速、脉动流速、断面平均流速有何联系和区别？当湍流流场中任一空间点上的运动参数时均值不随时间（这里的时间是指湍流流动的某一过程，而不是时均参数定义中所选定的某一很小的时间段T）变化时，称为定常湍流流动，或称为准定常湍流。否则称为非定常湍流。时均法只能用来描述对时均值而言的定常湍流流动。需要指出的是，时均化的概念及其由此基础上定义的准定常流动，完全是为简化湍流研究而人为提出的一种模型。而湍流实质为非定常的，因此在研究湍流的物理实质时，如研究湍流切应力及湍流速度分布结构时，就必须考虑脉动的影响。注意：二、混合

8、长度理论1.湍流流动中的附加切应力——雷诺切应力雷诺切应力的时均值在湍流运动中除了平均运动的粘性切应力而外，还多了一项由于脉动所引起的附加切应力，总的切应力为流体粘性切应力与附加切应力的产生有着本质的区别，前者是流体分子无规则运动碰撞造成的，而后者