《粘性流体力学基础》PPT课件

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1、1/15第六章粘性流体力学基础§1管路中流动阻力的成因及分类§2两种流动状态及判别标准§3粘性流体的运动方程§4圆管中的层流流动§5紊流的理论分析§6圆管紊流的沿程水头损失§7局部水头损失§1管路中流动阻力的成因及分类管流阻力的产生原因内部原因:流体之间摩擦和掺混内部阻力Fi主要影响因素:管道直径、流量、流体粘度外部原因：流体与管壁之间的摩擦和撞击外部阻力Fo主要影响因素:液流与管壁的接触面积、管壁的粗糙程度、流量2/28图6－22突扩管局部阻力p11L122p23/15流动阻力的分类(产生位置)沿程阻力：流体沿均一直径的直管段

2、流动时所产生的阻力沿程水头损失hf局部阻力：流体流过局部管件时所产生的阻力例如：弯头、阀门、变径接头局部水头损失hjp11L122p2总水头损失hw=各直管段的沿程水头损失+所有局部管件的局部水头损失4/28有效断面的水力要素:流道的面积，即有效断面的面积，其值越大内部阻力Fi越小，其值越小内部阻力Fi越大；流体与管壁的接触面的面积，一般采用有效断面的湿周长来衡量其大小，其值越大外部阻力F0越大，其值越小外部阻力F0越小；管壁的粗糙程度，通常用管道内壁上粗糙突起高度的平均值来衡量其大小，称为绝对粗糙度，用△来表示。绝对粗糙度与管

3、径的比值称为相对粗糙度。不同材料制成的管子，管壁壁面粗糙程度也不一样获得方法?查表或测量5/28管壁的粗糙程度金属管管壁情况绝对租糙度（mm）非金属管管壁情况绝对粗糙度（mm）黄铜管、铜管、铅管0.0015～0.01干净的玻璃管0.0015～0.01浇成型的新无缝钢管0.04～0.17橡皮软管0.01～0.03钢制煤气管0.12内涂橡胶的软管0.20～0.30普通钢管0.19水管道0.25～1.25使用数年后的钢管0.19陶土排水管0.45～6.0涂柏油的钢管0.12～21涂法琅质的排水管0.25～6.0精制镀锌管0.25纯水泥

4、的表面0.25～1.25全新铸铁管弯头0.31涂有法琅质的砖0.45～3.0通用输油钢管0.14～0.15水泥浆硅砌体0.80～6.0普通镀锌管0.39整平的水泥管0.33普通的新铸铁管0.25～0.42混凝土槽0.80～9.0干净的铸铁管0.45水泥加石块砌体6.O～17.0粗陋镀悻铜管0.50刨平木板制成的槽0.25～2.0旧的生锈钢管0.60钉有平板条的木槽0.8～4.0污秽的金属管0.75～0.906/28水力半径：有效断面面积A与湿周长χ的比值，以Rh表示水力半径愈大，流体流动阻力愈小；水力半径愈小，流体的流动阻力愈大

5、。7/28流道面积接触面面积怎样衡量?常见几何外形圆管的水力半径为矩形截面管道的水力半径为井筒环形截面的水力半径8/28§2两种流动状态及判别标准一、雷诺实验(Reynolds,1883)9/2810/28流动存在以下三种流动状态:第一种，流动状态主要表现为流体质点的摩擦和变形，这种流体质点互不干扰各自成层的流动称为层流；第二种，流动状态则主要表现为流体质点的互相掺混，这种流体质点之间互相掺混杂乱无章的流动称为紊流。第三种，流动状态表现为层流到紊流的过渡，称为过渡状态。临界流速:流态发生转化时的流速vc由层流转变到紊流时的临界流

6、速称为上临界流速，vcu由紊流转变到层流时的临界流速称为下临界流速，vcd上临界流速大于下临界流速，即vcu>vcd。11/28实验段上接出两根测压管,水头损失分析实验数据发现，截距斜率无论是层流状态还是紊流状态，试验点都分别集中在不同斜率的直线上12/28层流时，θ=45°，m=1。lghf=lgk+lgv=lgkv，即hf=k1v层流状态下沿程水头损失与平均流速成正比紊流时，θ>45°，m=1.75~2。lghf=lgk+1.75~2lgv=lgkv1.75~2，即hf=kv1.75~2紊流状态下沿程水头损失与平均流速的1.

7、75～2次方成正比。13/28二、两种流动形态的判别标准流动存在着两种截然不同的流动状态，同时也表明两种流动状态中存在着不同的规律。因此，在计算管流的水头损失时必须首先判别出流动状态。雷诺根据大量的实验归纳出一个由流速、粘度、密度以及管径组成的无量纲数——雷诺数作为判别流体流动状态的判据。雷诺数以Re表示，其表达式为对应于临界流速的雷诺数称为临界雷诺数。下临界雷诺数Recd=2320，上临界雷诺数Recu=13800，甚至更高些，它与实验的环境条件和流动起始状态有关。工程实际中在计算水头损失时，为使计算结果偏于安全，将临界雷诺数

8、取为2000。因此，当Re<2000时，即可认为流动为层流；当Re≥2000时，即可认为流动为紊流。14/28运动粘性系数§3粘性流体的运动方程一、纳维-斯托克斯方程的建立应力张量:15/28微元体受力分析:作用在微元体上的表面力在x方向上的合力:垂直于x轴的面