流体力学B课件粘性流动初步.ppt

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1、1.经典实验雷诺实验(1883)流场显示粘性流体运动的两种流态Qhf实验装置2.雷诺数V流速，d特征长度，ρ、μ流体密度、粘度层流湍流圆管临界雷诺数流体质点作层状规则运动，互不混杂，其运动轨迹清晰、稳定流体质点作不规则的随机运动，互相混掺，其运动轨迹曲折、混乱内流与外流管道流（不可压缩流体）喷管流（可压缩流体）明渠流流体机械内流粘性边界层外部势流外流按流场是否被固体边界包围分类粘性流体内流示例：沿程损失局部损失流体克服粘性阻力而损失的能量，流程越长，损失越大流体克服边界形状改变所产生的阻力而损失的能量，发生在局部范围——圆管流动的水头损失直圆管流动的沿程损失不可压缩粘性流体在内壁粗糙的直圆管

2、中作定常流动时，压强降低（损失）的表达式（可用量纲分析方法确定）称为达西公式。称为达西摩擦因子。实验表明Δp与l/d成正比关系因此水头损失可用压强降低表示,有1达西公式管道水平——位置水头无变化；直圆管——速度水头无变化2达西摩擦因子达西公式适用范围广：圆管与非圆管、光滑与粗糙管、层流与湍流等。2.1尼古拉兹实验尼古拉兹用黄沙筛选后由细到粗分为六种，分别粘贴在光滑管内壁形成六个等级。测量沿程阻力系数与关系，得到尼古拉兹图。尼古拉兹图可分为五个区域：层流区过渡区湍流光滑区湍流过渡粗糙区湍流完全粗糙区2.2λ常用计算公式在尼古拉兹图中为一条斜直线。对数形式为(1)层流区(Re<2300)圆管层流

3、区可用纳维-斯托克斯方程（含粘性项的运动微分方程）求解计算，沿程水头损失为基于湍流速度分布导出。情况复杂，无单一计算公式。(3)湍流完全光滑管区布拉修斯公式(2)过渡区(4)湍流完全粗糙管区卡门公式(5)湍流过渡粗糙管区尼古拉兹实验在湍流过渡粗糙管区未获得较好的结果该公式在水力光滑湍流、过渡湍流、完全粗糙湍流区都与实验结果吻合较好。柯列勃洛克公式尼古拉兹实验的两个不足：采用的人工粗糙管；湍流过渡粗糙区未获得较好的结果。2.3穆迪图2.穆迪图穆迪按柯列勃洛克公式绘制了对数曲线图，并包括了层流区，范围在，称为穆迪图。穆迪图也分为五个区域：层流区、过渡区、湍流水力光滑区、湍流过渡粗糙区、湍流完全粗

4、糙区。柯列勃洛克将水力光滑区和粗糙区的公式合并，得到柯列勃洛克公式。穆迪引入等效粗糙度概念。对实际商用管，粗糙度呈随机分布，可通过与尼古拉兹实验曲线作对比，确定其等效粗糙度。等效粗糙度水泥0.3～3.0铆钉钢0.9～9.0材料(新)ε(mm)木板0.18～0.9铸铁0.26镀锌铁0.15镀锌钢0.25～0.50无缝钢0.012～0.2冷拔管0.0015焊接钢0.06～1.0常用商用管的等效粗糙度列于右表中。用穆迪图作管道计算单根管沿程损失计算分两类三种：(1)正问题由于不知Q或d不能计算Re,无法确定流动区域，可用穆迪图作迭代计算。b.已知c.已知(2)反问题a.已知直接用穆迪图求解.[例5

5、.1]沿程损失：已知管道和流量求沿程损失求：冬天和夏天的沿程损失hf解：冬天层流夏天湍流冬天(油柱)在夏天，查旧无缝钢管等效粗糙度ε=0.2mm,ε/d=0.001查穆迪图λ2=0.0385夏天(油柱)已知:d＝20cm,l＝3000m的旧无缝钢管,ρ＝900kg/m3,,运动粘度在冬天为1.092×10-4m2/s,夏天为0.355×10-4m2/s[例5.2]沿程损失：已知管道和压降求流量求：管内流量Q解：Mooddy图完全粗糙区的λ＝0.025,设λ1＝0.025,由达西公式Re1＝4.22×104，查Mooddy图得λ2＝0.027,重新计算速度查Moody图得λ2＝0.027已知:

6、d＝10cm,l＝400m的旧无缝钢管输送比重为0.9,=10-5m2/s的油，[例5.3]沿程损失：已知沿程损失和流量求管径求：管径d应选多大解：由达西公式已知:l＝400m的旧无缝钢管输送比重0.9,=10-5m2/s的油，Q=0.0319m3/s[例5.3]沿程损失：已知沿程损失和流量求管径(2-2)由ε/d=0.2/98.5=0.002，查Moody图得λ2=0.027d2=(3.71×10–4×0.027)1/5=0.1mRe2=4000/0.1=4×104ε/d=0.2/100=0.002，查Moody图得λ3=0.027取d=0.1m。参照例5.2用迭代法设λ1=0.0253局

7、部损失产生原因微团碰撞摩擦形成涡旋速度重新分布计算公式局部损失阀门弯管与分叉管扩大与缩小入口与出口V除指定外均指入口管速度hm局部损失水头K局部损失因子典型部件第三种与r/d有关。入口与出口三种损失原因都存在；管道内流体流入大水箱时，速度水头全部损失，K=1(1)三种管入口(2)管出口前两种有确定的K值；3.1局部损失因子扩大与缩小(1)突然扩大(2)突然缩小(3)渐扩管(4)渐缩管时,K为极小值。时,K<0