流体力学 第4章 流体阻力与能量损失.ppt

《流体力学 第4章 流体阻力与能量损失.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、概述：○实际流体具有粘滞性○能量损失——（液柱高度m）对于液体——水头水损失对于气体——压强损失○能量损失与流态、边界条件有关。第四章流动阻力与能量损失水头损失的准确计算在工程上的意义4.1沿程损失和局部损失（分类）4.2层流与紊流、雷诺数（流动形态及其判别标准）4.3圆管中的层流运动4.4紊流运动的特征和紊流阻力4.5尼古拉兹试验（沿程阻力系数的变化规律）4.6工业管道紊流阻力系数的计算公式4.7非圆管的沿程损失4.8管道流动的局部水头4.9减小阻力的措施第一节沿程损失和局部损失一、流动阻力和能量损失的分类沿程损失局部损失总的能量损失二、

2、水头损失产生的原因横向几何条件对水头损失的影响（举例）湿周水力半径三、能量损失的计算公式沿程水头损失：局部水头损失压强损失（气体）第二节层流与紊流、雷诺数一、两种流态（雷诺试验1883年）层流紊流二、流态分析——紊流形成的机理（三）三、雷诺试验成果（1）发现:流体运动的两种流态:层流：流体质点作规则运动，呈层流动，质点间不互相掺混。紊流：各层的流体形成涡体，各层流体质点间相互碰撞，互相掺混。（2）下临界流速稳定性层流→紊流，存在上临界流速，（不稳定）紊流→层流，存在下临界流速，（稳定）（3）层流、紊流的沿程损失规律不同层流（A-F)∝紊流（

3、C-D)∝四、流态的判别标准——临界雷诺数雷诺发现下临界流速稳定,通过量纲分析建立了-----雷诺数把下临界流速值代入上式,得临界雷诺数工程上（管流）:层流紊流第三节圆管中的层流运动一、均匀流基本方程(均匀流动方程式）上式写为:均匀流基本方程的建立:表面力：侧表面：(---湿周)质量力:列平衡方程:均匀流基本方程：使用范围:层流、紊流、有压流、无压流讨论：流体内部切应力：边界上：流体内部：二、圆管中的层流运动二、圆管中的层流运动（1）层流内部切应力：（2）层流运动的流速分：（3）管中最大点流速:（4）管中断面平均流速(5）层流沿程损失计算1

4、.能量损失分类——沿程损失、局部损失。2.两种流态——层流与紊流。3.层流与紊流的判别标准4.均匀流基本方程5.层流过流断面流速的分布——对数曲线分布。6.层流过流断面上最大流速7.层流过流断面平均流速8.层流沿程损失计算公式第四节紊流运动的特征和紊流阻力一、紊流运动的特征(紊流运动要素的脉动与时均化)--瞬时流速,--时均流速,---脉动流速瞬时流速、时均流速、脉动流速的关系三维空间表示脉动流速的时均值紊流脉动的强弱程度用紊流度表示在管流、射流、绕流中，初始来流的紊流度的强弱影响流动的发展。紊流可分为:1）均匀各向同性紊流(无边界）2）自

5、由剪切紊流（边界为自由面）3）有壁剪切紊流（受固体边界限制）引入时均概念后，紊流的运动要素都具有了时均的含义，以前建立的概念，如流线、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流等适用。二、紊流阻力（1）紊流切应力对于层流:对于紊流，在时均意义上,也有粘性引起的切应力,同时,流体质点上下脉动,引起惯性切应力.所以普兰特混掺长度理论：式中，混掺长度——质点到边壁的距离紊流断面流速分布三、粘性底层与紊流流核（1）粘性底层粘性底层厚度:(2)紊流的分区(绝对粗糙度）a)水力光滑区:b)过渡粗糙区:c)水力粗糙区:第五节尼古拉兹实验（紊流沿程阻力系数的变化规

6、律）一、尼古拉兹实验实验装置:(同雷诺实验)实验方法:筛分砂粒，粘贴管道内壁，砂粒直径d作为管壁的绝对粗糙度。实测：、、、、水温T计算：、、、相对粗糙度相对光滑度二、尼古拉兹实验成果（沿程阻力分区）全面揭示了不同流态下,沿程阻力系数和雷诺数及相对粗糙度的关系。(1)Ⅰ区：层流(2)Ⅱ区：过渡区(3)Ⅲ区：水力光滑区(4)Ⅳ区：过渡粗糙区(5)Ⅴ区：粗糙区（阻力平方区）不仅如此,尼古拉兹实验资料为推导紊流沿程阻力系半径验半理论公式提供了可靠的依据。人工粗糙管沿程阻力系数公式水力光滑区：粗糙区：第六节工业管道紊流阻力系数的计算一、当量粗糙度的概

7、念当量粗糙度：把工业管道的不均匀粗糙（凹凸不平）折算为尼古拉兹粗糙。工业管道粗糙度管道材料K（mm)管道材料K（mm)表面光滑砖风道4.0度锌钢管0.15矿渣混凝土板风道1.5钢管0.046钢丝网抹灰风道10~15铸铁管0.25胶合板风道1.0混凝土管0.3~3.0墙内砌砖风道5~10木条拼合圆管0.18~0.9二、光滑区和粗糙去沿程阻力系数计算公式（1）水力光滑区：布拉休斯公式（1913年）（2）粗糙区：希弗松公式三、紊流过渡区和柯列勃洛克公式1.柯列布鲁克-怀特（Colebkook-White)公式汪兴华教授建议紊流分区的判别标准：1）

8、紊流光滑区2）紊流过渡区3）紊流粗糙区四、莫迪公式及莫迪图1）莫迪公式当、、；时2)阿里特苏里公式3)布拉休斯光滑区公式4）莫迪图（工业管道曲线）莫迪图第七节非圆管的沿程损失水力