粘性流体动力学基础课件.ppt

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1、第6章粘性流体动力学基础1第6章粘性流体动力学基础实际流体在运动过程中要产生能量损失：产生能量损失的原因是由于流体受到阻力作用。流体流动阻力产生的原因是什么，以及怎样来确定因流动阻力而产生的水头损失的计算方法，则是本章研究的内容。第6章粘性流体动力学基础第一节管路中流动阻力的成因及分类第二节两种流动状态及判断标准第三节粘性流体的运动方程第四节圆管中的层流流动第五节紊流的理论分析第六节圆管紊流的沿程水头损失第七节局部水头损失§6.1管路中流动阻力的成因及分类1、产生流动阻力的原因内部阻力Fi流体之间摩擦和掺混视为内部原因，所形成的阻力称为内部阻

2、力。其大小主要受管道直径、流量和流体粘度的影响。外部阻力Fo流体与管壁之间的摩擦和撞击视为外部原因，所形成的阻力称为外部阻力。其大小主要由液流与管壁的接触面积、管壁的粗糙程度和流量决定。§6.1管路中流动阻力的成因及分类1、产生流动阻力的原因①流道断面几何参数的影响A↑，内部阻力Fi↓；A↓，内部阻力Fi↑a、过流面积,即有效断面的面积的大小b、与流体接触的断面周长湿周：与流体接触的断面周长。↑，一定长度管路与流体的接触面积越大，产生的外部阻力Fo↑A1=A2=a2，但是阻力1<阻力2χ1=χ3=4a，但是阻力1<阻力3§6.1管路中流动

3、阻力的成因及分类1、产生流动阻力的原因①流道断面几何参数的影响水力半径因此，要综合考虑A、两个因素，引入水力半径R。水力半径：，流道过流面积与湿周之比。↑，阻力↓；↓，阻力↑§6.1管路中流动阻力的成因及分类1、产生流动阻力的原因①流道断面几何参数的影响§6.1管路中流动阻力的成因及分类1、产生流动阻力的原因①流道断面几何参数的影响§6.1管路中流动阻力的成因及分类1、产生流动阻力的原因②壁面粗糙度对流动阻力的影响管壁上突起的高度，叫绝对粗糙度。而把它的平均值叫平均粗糙度，用“”表示，单位：mm。称为相对粗糙度，是一无因次量。↑，阻力↑

4、③管路长度对流动阻力的影响↑，接触面积↑，阻力↑§6.1管路中流动阻力的成因及分类2、流动阻力的分类实际工程中管路都是由许多直管段和通过各种管件联接的管系。某一流段的总水头损失：各种局部水头损失的总和各分段的沿程水头损失的总和§6.1管路中流动阻力的成因及分类2、流动阻力的分类沿程阻力：流体沿均一直径的直管段流动所产生的阻力。沿程水头损失：为了克服沿程阻力而引起的水头损失，记为hf。局部阻力：流体流过局部管件时所产生的阻力。局部水头损失：克服局部阻力所引起的水头损失，记为hj。§6.2两种流动状态及判别标准关于流动阻力的研究，首先是从观察流动

5、状态的变化开始的。1883年，英国物理学家雷诺（O.Reynolds）总结了大量的试验结果，发现任何实际流体运动都存在层流和紊流（湍流）两种不同的流动状态，并找出了划分两种流态的标准。1、雷诺实验§6.2两种流动状态及判别标准水金属网排水进水玻璃管节门有色液体层流:分层流动，有条不紊，互不掺混临界状态：颤动，不稳定紊流（湍流）:杂乱无章，相互掺混节门逐渐开大§6.2两种流动状态及判别标准临界流速：指流态转化时，临界状态的流速。用表示。注意：上述试验从大流速到小流速进行，也会出现相反的类似变化过程。2、流速与沿程损失的关系从表面上看，流动状态的

6、改变与流速大小有直接关系，能否用流速作为区分层流与紊流的标准呢？为说明这个问题，下面我们来研究一下流速与沿程水头损失的关系。问题：如何来划分层流和紊流？§6.2两种流动状态及判别标准试验是在雷诺试验装置的管段上，接出两根相距为的测压管，如图。列伯诺利方程：§6.2两种流动状态及判别标准∵，∴同时，根据实测流量Q和管子断面面积A，求得平均流速：调节阀门，得到不同的v、hf，将各组试验结果整理在双对数坐标纸上，得到不同斜率的直线。可分三个区层流区过渡区（临界区）紊流区图中，从层流到紊流和从紊流到层流经过的路线不同。16§6.2两种流动状态及判别标

7、准直线方程是：式中：lgk——直线的截距；m——直线的斜率，且m＝tg；大量试验证实：层流时：1＝45°，m＝1∴紊流时：2＞45°，m＝1.75～2∴故，层流时hfv；紊流时hfv1.75～2§6.2两种流动状态及判别标准上临界流速：由层流转化为紊流时对应的流速。下临界流速：由紊流转化为层流时对应的流速。因为过渡区流体不稳定，稍微受干扰，就有可能变成紊流，因此，规定：对确定的流体介质和管路直径，以下临界流速Vcd作为判别流态的依据。§6.2两种流动状态及判别标准3、流态判定标准试验中进一步发现：临界流速vc与流体性质、管径d有关

8、。当变换管径或变换流动介质时，临界流速就要发生变化。因此，只用临界流速vc来判别流态是不全面的。大量试验证明：不同流体通过不同直径的管路时，虽然临界流速vc各不相同