《工程流体力学》第六章管内流动及水力计算解读.ppt

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1、第六章管内流动和水力计算第一节管内流动的能量损失第二节黏性流体的两种流动状态第三节管道进口段黏性流体的流动第四节圆管中流体的层流流动第五节黏性流体的紊流流动第六节沿程损失的实验研究第七节非圆形管道沿程损失的计算第八节局部损失第九节各类管流的水力计算第十节几种常用的技术装置第十一节液体出流第十二节水击现象第十三节气穴和气蚀简介管道内的流动状态；截面的速度分布；流动的能量损失；管道流动计算；2021/9/41《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.1管内流动的能量损失一、不可压粘性流体伯努利方程粘性应力/阻力作用下，流体层间存在速度梯度。固壁上速度为0；粘性阻力

2、的存在使流体的机械能下降，表现在静压力下降。2021/9/42《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.1管内流动的能量损失二、流动阻力损失2021/9/43已知：求：紊流流动:《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.1管内流动的能量损失二、流动阻力损失2021/9/44《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.2黏性流体的两种流动状态一、雷诺实验雷诺实验观察流体的流态；层流、湍流主因是流动层间有粘性及阻力；实验与观测手段：速度/流量可调/测量；保持稳定流动；加入细微染色流体；过渡状态紊流状态层流状态2021/9/45《工程流体力学》第六章管内流动和

3、水力计算§6.2黏性流体的两种流动状态适当调整染色流量；水流阀门从最小慢慢变大；观测染色液体由曲线变为细直线，再变混乱和消失；水流阀门从最大慢慢变小；观测染色液体由混乱变为细直线。在上临界、下临界之间，流体处于过渡状态。上临界下临界一、雷诺实验2021/9/46二、流动状态的判别《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.2黏性流体的两种流动状态记录流动损失、流速关系；由层流到紊流：实验点沿OABCD线移动。由紊流到层流：实验点沿DCAO线移动。2021/9/47二、流动状态的判别《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.2黏性流体的两种流动状态2021/9

4、/48已知：求：水在管道中的流动状态？如果输送的石油，保持前种情况下的流速不变，流动又为何状态？解：（1）（2），输送水的流量所以水为紊流状态。所以石油为层流状态。《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.2黏性流体的两种流动状态二、流动状态的判别2021/9/49《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.3管道进口段中粘性流体的流动充分发展——沿流动方向速度不再变化；管道进口段各截面上的速度分布不断变化，未充分发展；L>>Le时，不计；入口段阻力较大；湍流入口段较短。2021/9/410《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.4圆管中的层流流动一、

5、圆管横截面上的切应力分布倾斜θ圆管；不可压粘性流体，重力场；取微圆柱体，受力分析；粘性流体在圆管中作层流流动时，同一截面上的切向应力的大小与半径成正比。2021/9/411《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.4圆管中的层流流动二、圆管横截面上的速度分布粘性流体在圆管中作层流流动时，流速的分布为一旋转抛物面。2021/9/412《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.4圆管中的层流流动三、平均速度和流量对于水平圆管，由于h不变，d(p+ρgh)/dl=dp/dx=-Δp/l，上式简化为：2021/9/413《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6

6、.4圆管中的层流流动四、沿程损失系数层流流动的沿程损失系数仅与雷诺数有关，而与管道壁面的粗糙度无关。这一结论已为实验所证实。2021/9/414《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.4圆管中的层流流动五、动能修正系数、动量修正系数和壁面阻力圆管中的层流流动的实际动能等于按平均流速计算的动能的两倍。此式对于圆管中粘性流体的层流和紊流流动都适用。2021/9/415《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.4圆管中的层流流动圆管层流流动微分方程圆管内层流；选取单元体/控制体；充分发展时，沿流线速度无变化。2021/9/416剪应力、速度分布u《工程流体力学

7、》第六章管内流动和水力计算§6.4圆管中的层流流动2021/9/417《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.5粘性流体的紊流流动一、紊流流动的时均速度和脉动速度湍流/混杂/随机脉动；基于层流的方程不再满足；统计法描述；2021/9/418《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.5粘性流体的紊流流动二、紊流切应力，普朗特混合长度紊流切应力由两部分构成：一是流体层间相对滑移引起的摩擦切向应力τv，与层流同。二是流体质点的横向脉动产生附加切向应力或雷诺应力τt。2021/9/419《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算§6.5粘性流体的紊流流动普朗特（P

8、randt