粘性流体流动及阻力

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1、第五章粘性流体流动及阻力任务：1.流动阻力产生的原因，2.流动状态，3.层流和紊流，4.绕流阻力问题。内容：第一节　流动阻力的分类第二节　粘性流体的两种流动状态第三节　附面层和管流起始段的概念第四节　圆管中的层流运动第五节　缝隙流第六节　圆管中的紊流运动第七节　不可压缩流体绕流物体的运动1第五章粘性流体流动及阻力第一节流动阻力的分类一、沿程阻力及沿程损失沿程阻力是指流体在过流断面沿程不变的均匀流道中所受的流动阻力。由此所发生的能量损失称为沿程损失。二、局部阻力及局部损失局部阻力是指流体流过局部装置(如阀门、弯头、断面突然变化的流道等)时，也就是发生在急变

2、流中的阻力。由此所发生的能量损失称为局部损失。2水平基准线位置水头线粘性流体总水头线oo理想流体总水头线第一节流动阻力的分类hfhjhw=hf+hjhw=∑hf+∑hj3第二节粘性流体的两种流动状态一、雷诺实验目的：观察流态；研究hf。原理：1.黑色水和透明水同时流入透明的管内。2.伯诺里方程。装置：4第二节粘性流体的两种流动状态一、雷诺实验步骤：1.阀5的开度从0到最大，观察流态，测量hf、v；2.阀5的开度从最大到0，观察流态，测量hf、v；结果：紊流层流5第二节粘性流体的两种流动状态一、雷诺实验hf=kvm层流，m=1。紊流，m=1.75～2。层流紊

3、流过渡区61883年，雷诺试验表明：圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数d是圆管直径，v是断面平均流速，是流体的运动粘性系数。实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动的情况，容易理解：减小d，减小v，加大三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。第二节粘性流体的两种流动状态7++-+--高速流层低速流层任意流层之上下侧的切应力构成顺时针方向的力矩，有促使旋涡产生的倾向。第二节粘性流体的两种流动状态8旋涡受升力而升降，产生横向

4、运动，引起流体层之间的混掺涡体第二节粘性流体的两种流动状态9紊流的发生紊流发生的机理是十分复杂的，下面给出一种粗浅的描述。层流流动的稳定性丧失（雷诺数达到临界雷诺数）扰动使某流层发生微小的波动流速使波动幅度加剧在横向压差与切应力的综合作用下形成旋涡旋涡受升力而升降引起流体层之间的混掺造成新的扰动第二节粘性流体的两种流动状态10粘性稳定扰动因素dv利于稳定圆管中恒定流动的流态转化仅取决于雷诺数，这是客观规律用无量纲量表达的又一例证，也是粘性相似准则的实际应用。对比抗衡第二节粘性流体的两种流动状态11二、流态判别准则——雷诺数一切有压流一切无压流12第三节附

5、面层的概念沿壁面的法线方向一个速度逐渐增加的区域，这就是附面层。速度从壁面处的零增加到0.99u∞时的法线方向的距离，定义为附面层厚度，用δ表示。Rex=u∞x/ν13第三节附面层的概念附面层分离14第四节圆管中的层流流动本节讨论粘性不可压缩粘性流体在等径直管中的定常层流流动规律。速度分布流量和平均流速内摩擦应力分布沿程损失15第四节圆管中的层流流动一、速度分布因为在直管中的流动定常不可压，所以微元柱体作匀速直线运动。∑Fx=0。16第四节圆管中的层流流动一、速度分布因为流动轴对称，u仅仅是r的函数因为缓变流，p/γ+z仅仅是x的函数17第四节圆管中的层流

6、流动一、速度分布列微元柱体两端的能量方程18第四节圆管中的层流流动一、速度分布19二、流量和平均速度20三、内摩擦应力分布对层流和紊流都适用。21四、沿程损失22补充例题一ρ=850kg/m3、v=1.8×10-5m2/s的油，在管径100mm的管中以平均速度v=0.0635m/s的速度作层流运动，求（1）管中心处的最大流速；（2）在离管中心r=20mm处的流速；（3）沿程阻力系数λ；（4）管壁切应力τ0及每km管长的水头损失。解:(1)(2)23补充例题一ρ=850kg/m3、v=1.8×10-5m2/s的油，在管径100mm的管中以平均速度v=0.06

7、35m/s的速度作层流运动，求（1）管中心处的最大流速；（2）在离管中心r=20mm处的流速；（3）沿程阻力系数λ；（4）管壁切应力τ0及每km管长的水头损失。解:(3)(4)24补充例题二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。实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值hD=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。试求油的运动粘度。解:列细管测量段前、后断面能量方程设流动是层流25紊流的基本特征是有一个在时间和空间上随机分布的脉动流场叠加到本为平滑和平稳的流场上。所以对于紊流的各种物理量采用取统计平均的处理方法，把瞬

8、时物理量看成平均量与脉动量之和，如一.脉动现象和时均化的概念统计平