水力学6.1层流,紊流及其能量损失课件.ppt

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1、6层流、紊流及其能量损失本章主要任务:结合简单的边界条件—管流和渠道流，介绍这两种流态及其阻力损失由于粘滞性作用，实际流体出现两种流态—层流、紊流6.1流体运动的两种形态—层流、紊流6.1.1雷诺试验6.1.1雷诺试验一、临界流速临界流速：下临界流速一般是固定的,但上临界流速常常受外界干扰而改变.流动形态(流态)转化时的圆管平均流速6.1流体运动的两种形态—层流、紊流上临界流速：下临界流速：从层流转换到紊流时的临界流速.从紊流转换到层流时的临界流速.6.1.1雷诺试验6.1流体运动的两种形态—层流、紊流二、水头

2、损失与流速的关系雷诺试验还发现,不同的流态,其能量损失的规律不同.如图,装两测压管,其水位差,即为hw=hf6.1.1雷诺试验6.1流体运动的两种形态—层流、紊流二、水头损失与流速的关系雷诺试验还发现,不同的流态,其能量损失的规律不同.因为,其中,v1=v2因此,改变一系列管道流量,测得相应的hf,v.将所测数据取对数绘成曲线6.1.1雷诺试验6.1流体运动的两种形态—层流、紊流二、水头损失与流速的关系改变一系列管道流量,测得相应的hf,v.将所测数据取对数绘成曲线.6.1.1雷诺试验6.1流体运动的两种形态—

3、层流、紊流二、水头损失与流速的关系曲线明显分为三段:(1)cd段:当流速较小,v时,紊流.6.1.1雷诺试验6.1流体运动的两种形态—层流、紊流二、水头损失与流速的关系曲线明显分为三段:(3)bce段:流速时,属于层流紊流相互转化的过渡区c点的流速即为下临界流速e点的流速即为上临界流速6.1.1雷诺试验6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数由前面可知,可用临界流速来判断层流和紊流但很不方便,?因为临界流速随过流断面的大小和流体种类而变化.雷诺用多种管径的管道和不同

4、液体进行试验,发现临界流速随管径d和运动粘滞系数而变化,但不论d和怎样变化,的值比较固定.是个无量纲的数—雷诺数.6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数是个无量纲的数—雷诺数雷诺数Re—由表示流动特征的两个量(特征长度和特征流速)和表示流体特性的两个量(即粘度和密度)组合而成.对于等直径圆管的恒定流中6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数对于等直径圆管的恒定流中由于临界流速有两个,则雷诺数也有两个:上临界雷诺数:下临界雷诺数:上临界雷诺数,易受外界干扰,数值不稳定.下临界雷诺数,数值比较稳定.经过许多试验得

5、到,管流的下临界雷诺数为2320.6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数经过许多试验得到,管流的下临界雷诺数为2320即因此,对于圆管流:当ReRec=2320时,不论其管径,流速,以及液体的物理性质如何,流动形态为紊流.6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数对于明渠流,其下临界雷诺数为因此,对于明渠流:当ReRec=500时,流动形态为紊流.式中,R:水力半径其中,A:过流断

6、面面积;湿周:液流过流断面上与固体边界接触的周界线.6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数雷诺数为什么能用来判别流态?(雷诺数的物理意义)因为雷诺数Re反映了惯性力(分子)与粘滞力(分母)作用的对比关系.从量纲方面来理解6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数雷诺数为什么能用来判别流态?(雷诺数的物理意义)因为雷诺数Re反映了惯性力(分子)与粘滞力(分母)作用的对比关系.在Re较高的流动中,惯性力对质点运动起控制作用,小扰动因惯性力的作用而逐渐强化,粘性力抑制不住液流质点的紊乱,流动处于紊流状态.在Re较小时

7、流速也较小,相比之下粘性力作用增强,直到粘滞力在液流中起支配地位,从而制服液流中任何不稳定的小扰动,使之逐渐衰减,趋于消逝,此时水流处于层流状态.6.1.2流动形态的判别准则—临界雷诺数例6.1一圆管直径2cm,平均流速为0.1m/s,水温15℃,另一矩形明渠,宽2m,水深1m,平均流速为0.7m/s,水温同上,试分别判断两者的流动形态.三、紊流形成过程的分析雷诺实验表明层流与紊流的主要区别在于紊流时各流层之间液体质点有不断地互相混掺作用，而层流则无。涡体的形成是混掺作用产生的根源。涡体的形成并不一定形成紊流，

8、只有当惯性作用与粘滞作用相比强大到一定程度时，才可能形成紊流。所以雷诺数是表征惯性力与粘滞力的比值。