层流湍流及其能量损ppt课件.ppt

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1、应用实际流体恒定总流能量方程解决工程实际问题的关键是定量地确定水头损失，即单位重量流体的能量损失。管道流动的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。均匀流中流体和管壁间的切应力沿程不变，称为沿程阻力，为克服沿程阻力所产生的水头损失称为沿程水头损失；在管道边界的突变处，流体集中损失的水头称为局部水头损失。EXIT第五章层流、湍流及其能量损失能量损失的大小与流动型态有密切的关系。由于粘性的影响，实际流体的流动会呈现出两种不同的型态—层流和湍流，它们的流场结构和动力特性区别很大，必须加以判别，分别研究。讨论层流和湍流流态下，恒定总流能量损失的变化规律与计算方法。介绍与能

2、量损失密切相关的壁面边界层和绕流阻力概念。EXIT§5—1层流与湍流的概念§5—2均匀流的沿程损失§5—3圆管中的层流流动§5—4湍流流动的特征§5—5湍流的沿程损失§5—6流动的局部损失§5—7边界层基本概念EXIT第五章层流、湍流及其能量损失EXIT§5—1层流与湍流的概念雷诺试验流态的判别—雷诺数湍流的成因Laminarflow&turbulentflow/turbulenceReynoldsnumber雷诺数实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和湍流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在湍流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动

3、中则没有。EXIT层流（无混掺）过渡区湍流（有混掺）一、雷诺试验EXIT雷诺（O.Reynolds，1842－1912，爱尔兰）雷诺发现了两种流动状态雷诺：OsborneReynolds,1842-1912，英国工程学者，在水力学、气体力学及其应用方面曾做出卓越贡献，曾发明热量扩散仪，后人以其姓氏命名雷诺数－Reynoldsnumber，雷诺数是一无因次值，在水力学与气体力学中用该值来判别流态。flowregime流态EXIT雷诺试验演示VelocityprofileforlaminarflowinapipeVelocityprofileforturbulentf

4、lowinapipe管内层流速度分布管内湍流速度分布LaminarflowandturbulentflowoverasubmarinehullTurbulentflowaroundanobstacle;theflowfurtherupstreamislaminar流过潜艇外壳的层流和湍流障碍物下游的湍流远上游为层流实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动的情况，容易理解：减小d、减小v、加大三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生湍流现象。E

5、XIT1883年，雷诺试验表明：圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数d：圆管直径V：断面平均流速：流体的运动粘性系数二、流态的判别—雷诺数Reynoldsnumberdv利于稳定粘性稳定扰动因素对比抗衡EXIT圆管中恒定流动的流态转化仅取决于雷诺数，雷诺数是无量纲量，它表征惯性力与粘性力的比。圆管中恒定流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为湍流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。有实际意义的是下临界雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值，圆管恒定流动取为湍流层流湍

6、流层流上临界雷诺数下临界雷诺数ReRe12000~40000EXITUpper/LowercriticalReynoldsnumber上/下临界雷诺数湍流层流过渡区n=1n=1.75-2.0由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。例如，我们将会学到圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而湍流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比。利用这一点来判别流态比用肉眼直接观察更可靠、更科学。EXITTransitionalflowregime过渡流态三、湍流的成因层流流动的稳定性丧失（雷诺数达到临界雷诺

7、数）扰动使某流层发生微小的波动流速使波动幅度加剧在横向压差与切应力的综合作用下形成旋涡旋涡受升力而升降引起流体层之间的混掺造成新的扰动EXIT湍流发生的机理是十分复杂的，下面给出一种粗浅的描述。Eddy，vortex旋涡Lift升力，liftcoefficient升力系数++-+--高速流层低速流层任意流层之上下侧的切应力构成顺时针方向的力矩，有促使旋涡产生的倾向。EXIT流线稀疏，减速增压流线变密，增速减压EXITxy涡体旋涡受升力而升降，产生横向运动，引起流体层之间的掺混。湍流的描述：湍流是一种随机的三维非稳态的有旋流动，物理结构上可以看成是由不同尺度的旋涡组

8、成。湍流的