管流第1次（流体力学）ppt课件.ppt

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1、第五章层流、紊流及其能量损失§5—4紊流流动的特征学习内容回顾一.紊流中物理量的表示ui(t)Tt紊流流场各项物理量的平均值不随时间而变，则可称为“恒定”的紊流。“恒定”紊流二.紊流附加应力在紊动的时均流场中会出现新增的应力叫做紊流附加应力或雷诺应力，它是脉动流速对平均流动的贡献。则时均流动的总切应力紊流流核区过渡区粘性底层管轴yxEXIT四.紊流流动的近壁特征粘性底层的名义厚度EXIT紧贴着物面，脉动流速受壁面制约趋于零，其中的流动为层流。这一层叫做粘性底层或层流底层。在粘性底层，粘性应力占主导地位。在紊流流核区，紊动充分发展，由流体微团的脉动流速引起各层流体之间的动量交换产生紊流

2、附加切应力（或称雷诺应力）占主导地位。鉴于壁面切应力的重要性，定义壁面切应力与密度之比的开方为摩阻流速。粘性底层的实际厚度粘性底层摩阻流速水力光滑和粗糙圆管流动间的过渡区。粗糙高度已进入流速分布的对数区，连续的粘性底层已经不存在，为水力粗糙圆管流动。粗糙高度小于粘性底层厚度，为水力光滑圆管流动。EXIT五.流道壁面的类型粗糙高度ks为表征管壁粗糙程度的特征长度。EXIT光滑圆管紊流断面流速分布管轴紊流区过渡区粘性底层yx粗糙圆管流动速度分布六.紊流流速分布过渡粗糙区1.530.6r0/ks601262525073.06.00.25.04.00.40.60.81.0粗糙区过渡区光滑管层

3、流区EXIT圆管流动沿程水头损失系数的尼古拉兹试验曲线一.尼古拉兹实验§5—5紊流的沿程损失莫迪图层流层流区过渡区粗糙区过渡粗糙区光滑管ks/dEXIT1775年谢才总结明渠均匀流动的情况，给出计算均匀流动的经验公式三.明渠流动的沿程水头损失系数谢才公式谢才系数明渠均匀流的水力坡度即为水面线坡度C水力半径RJEXIT明渠流动沿程水头损失的表达、估算都用水力半径R.沿程水头损失系数与Re和ks/R的关系由系列试验研究给出，以供使用。一般规律与圆管基本相同。明渠流动沿程水头损失谢才公式EXIT谢才（A.Chezy，1718－1798，法国）谢才建立了明渠流量经验公式用谢才公式要注意两点

4、：谢才系数C是有量纲的；确定谢才系数的经验公式主要依据来自于紊流粗糙区的实测资料。根据谢才公式说明相当于我们定义的，并无实质上的区别。正因为如此，谢才公式也常用于有压管道的均匀流动。曼宁公式EXIT谢才系数是最常用的，使用米·秒制单位，n是边界粗糙系数（糙率），其量纲不甚明确，查表后将相应数值代入公式即可。§5—6流动的局部水头损失一.局部水头损失形成机理有压管道恒定流遇到管道边界的局部突变→流动分离形成剪切层→剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，并产生旋涡→平均流动能量转化成脉动能量，造成不可逆的能量耗散。局部水头损失二.局部水头损失系数三.突扩圆管的局部水头损失系数v1A1

5、A2v21122四.突缩及其他局部水头损失系数v2A2A1v12211对应下游，即细管中的速度水头。其他各种弯管、截门、闸阀等的局部水头损失系数可查表或由经验公式获得。本章在定量分析沿程水头损失和局部水头损失的基础上，对工程实际中最常见的有压管道恒定流动和孔口、管嘴出流进行水力计算。EXIT第六章孔口、管嘴出流和有压管流第六章孔口、管嘴出流和有压管流§6—1孔口与管嘴出流§6—2有压管道恒定流动的水力计算EXIT§6—3有压管道中的水击EXIT§6—1孔口与管嘴出流孔口与管嘴出流分类薄壁孔口出流厚壁孔口出流孔口非恒定出流圆柱形外伸管嘴出流HH0OOCAACDCvCv0EXIT一.孔口

6、与管嘴出流分类液体从孔口以射流状态流出，流线不能在孔口处急剧改变方向，而会在流出孔口后在孔口附近形成收缩断面，此断面可视为处在渐变流段中，其上压强均匀。收缩断面孔口出流的分类EXIT小孔口出流大孔口出流恒定出流非恒定出流HH0OOCAACDCvCv0H/D>10?H随t变否?薄壁出流确切地讲就是锐缘孔口出流，流体与孔壁只有周线上接触，孔壁厚度不影响射流形态，否则就是厚壁出流，如孔边修圆的情况，此时孔壁参与了出流的收缩，但收缩断面还是在流出孔口后形成。EXIT自由出流淹没出流薄壁出流厚壁出流HH0OOCAACDCvCv0H2H2=0?AAcAc管嘴出流如果壁厚达到3～4D，孔口就可以称

7、为管嘴，收缩断面将会在管嘴内形成，而后再扩展成满流流出管嘴。管嘴出流的能量损失只考虑局部损失，如果管嘴再长，以致必须考虑沿程损失时就是管流了。EXITCD3～4DvCvc自由出流的收缩断面上相对压强均为零。对上游断面O-O和收缩断面C-C运用能量方程即可得到小孔口自由出流公式HH0OOCAACDCvCv0二.薄壁孔口出流H0作用总水头孔口流速系数孔口流量系数EXIT能量方程小孔口自由出流公式由于边壁的整流作用，它的存在会影响收缩系数，故有完全收缩与非完全收