第4章-流体力学

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1、第四章流动阻力和能量损失i4-1沿程损失和局部损失一、流动阻力和能量损失的分类22ppυυ11++=+++z12zh12l1−2γγ2g2ghhhlfm=+∑∑沿程水头损失局部水头损失22lυυh=λ,mhm=ζ,mfd2g2g22ρυρυ12pz++=+++γγpzp1112l1-222ppp=∑+∑lfm沿程压强损失局部压强损失22lρυρυp=λ,Pap=ζ,Pafmd2222lυlρυhmf=λ,p=λ,Padg2fd2λλ——沿程阻力系数，又称沿程损失系数沿程阻力系数，又称沿程损失系数,,无单位无单位22υρυh=ζ,mp=ζ,Pamm2g2ζ—局部损失系数，无单位i4-2层流与紊流

2、、雷诺数层流与紊流、雷诺数1、流态是哪两种？2、两种流态的如何划分？3、如何计算判断流态？hf层流紊流υdk•临界雷诺数Re==2000kνυddρυ•雷诺数Re==νμ•层流Re≤2000•紊流Re>2000其中：d为定性尺寸¾¾流动分析流动分析¾雷诺数Re的物理意义3222⎡⎤⎣⎦惯性力==[ma][][ρ][LLT][][]=[ρ][L][υ]⎡⎤du2⎡⎤⎣⎦粘性力==[][]μA⎢⎥[][][][]μυLL⎣⎦dy22⎡⎤⎣⎦惯性力[ρυρυ][LL][][][][]=R==[]e2⎣⎡⎤粘滞力⎦[][][][]μυLL[]μ¾¾层流底层层流底层紊流核心——管中心处过渡区层流底层——

3、靠近壁面处•第3节圆管中的层流运动1.层流速度分布2.层流的平均速度和最大速度之间的关系3.层流的沿程阻力系数：第4节圆管中的层流运动一、均匀流动方程式22ppαυαυ111222++ZZ=+++h12fγγ22gg22αυαυ1122=22gg⎛⎞pp⎛⎞12h=⎜⎟+−+Z⎜Z⎟f12⎝⎠γγ⎝⎠pApA−+−γAlcosατπlr2=0120⎛⎞pp12⎛⎞2τ0l2τ0l⎜⎟+−+=ZZ12⎜⎟hf=⎝⎠γ⎝⎠γγr0γr0一、均匀流动方程式2τl0h=fγr0hfJ=lr0τγ=J02τr均匀流动方程式=rτr00τγ=J2•第4节圆管中的层流运动yduτμ=yrr=−0dyrr0y

4、duγJτμ=−du=rdrdr2μrγJτγ=J∫du=∫rdr22μγJγJ2∫∫du=rdrur=+C2μ4μrru==,0γJ220ur=−()0r4μ¾圆管中的层流运动γJ22ur=−()r速度分布04μ水力坡度J=hlfγJJ22γ∫udAumγJ2r=r,urd==υ===d0m041μ6μA232μ26432μllυ64υh==λ=f2ReγddRe2gυrumax2u64lυmaxυ=λ=hf=λ2Redg2【例1】有一管径d＝50mm的油管，管长为500m，管内流量为50L/min，油的运动粘度为ν＝1.31×10-5m2/s1）判断管中油流的流态；2）求其沿程阻力。【解】

5、管内断面平均流速是−33QQ4(45010/60/××)msυ===222Adπ()3.140.05×m=0.425/ms管内雷诺数是υdm0.425/sm×0.05Re==-52ν1.3110m/s×=<16222000流动为层流。2264lυ645000.425h==××fRedg216220.0529.8×=3.64m【例2】有一管径d＝200mm的送风管道，风速v＝3.0m/s，风的运动粘滞系数为ν＝16.6×10-6m2/s,1.判断管中气流的流态；2.求该风道的临界流速。【解】（1）雷诺数是υdm3/0.2sm×Re===361452000>-62ν16.610×m/s为紊流流态。

6、（2）求临界流速Rek2000−62υν=⋅=××16.610ms/kdm0.2=0.166/ms第5节紊流运动1、紊流特征2、处理处理的方法3、紊流阻力4、紊流流动情况5、Re数的物理意义一、紊流特征紊流的特征为：脉动现象紊流的特征为：脉动现象2、紊流的特征与时均化紊流是不规则的流动，脉动性是主要特征。脉动是随机的，统计平均方法是基本研究手段，通常使用时均法：T1uu=dtxx∫T0''uuu=+ppp=+xxx二、惯性阻力•流层之间除粘性剪切力以外由于存在动量交换，引起由于惯性力所导致的切应力，称惯性阻力2''2⎛⎞duτρρ=−uu=l⎜⎟2xy⎝⎠dy二、流动阻力du22⎛⎞duτμ=

7、1τρ2=l⎜⎟dy⎝⎠dyτ=ττ+12du层流ττμ≈=1粘性阻力dy2紊流2⎛⎞duττρ≈=2l⎜⎟惯性阻力⎝⎠dy二、Re数的意义2⎡⎤⎛⎞du2⎢⎥l⎡⎤2υρ⎜⎟l⎢⎥⎝⎠dy⎢⎥ρl[]τρ2⎣⎦⎣l⎦[]υ====Re[]τμ1⎡⎤du[][]μ⎢⎥μ⎣⎦dy三、层流底层三、层流底层紊流核心——管中心处过渡区层流底层——靠近壁面处紊流小结1、紊流特征——脉动2、处理紊流脉动的方法