流体力学(流动阻力及能量损失)复习课程.ppt

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1、流体力学(流动阻力及能量损失)1、沿程阻力流体在直管或过流断面形状、尺寸沿程不变的明渠中流动时，产生的流动阻力，称为沿程阻力。这种阻力来源于沿流程各流体微元或流体层之间以及流体与固壁之间的摩擦力。由沿程阻力所引起的能量损失称为沿程损失。单位重力流体的沿程损失，用符号hf表示。2、局部阻力流体流过边界急剧变化的区域所产生的流动阻力，称为局部阻力。这种阻力主要是流体流经局部区域使流速大小、方向迅速改变质点间进行剧烈动量交换而产生的阻力。由局部阻力所引起的能量损失称为局部损失。单位重力流体的局部损失，用符号hj表示。3、总能量损失流体在实际装置中流动时，将出现沿程和局部两种类型的

2、能量损失。在实际流体总流伯诺里方程中，hw项应包括单位重力流体在所取两断面间的所有能量损失。即hw=∑hf+∑hj§6－2　流体流动的两种状态流态实验——雷诺实验流动型态与沿程损失的关系流态的判别准则——雷诺数§6－2　流体流动的两种状态一、流态实验——雷诺实验由紊流层流时的流速称为下临界流速vc。实验证明，vc<。●实验情况，可概括如下；当v>时，流体作紊流运动当v

3、，vc↑，ν↓，vc↓；d↑，vc↓，d↓，vc↑。流体的粘性越大，流体质点彼此牵制和约束的力越大，流动过程摩擦阻力也越大，流体质点紊动更加困难。在同样的流速下，过流断面越大，即管径越大，速度梯度越小，流体质点运动易紊乱，使临界速度减小，而管径越小，对流体的粘性作用就越大，临界速度必然增高。层流流体在流动过程中，各层质点间互不干扰，互不相混，各自沿直线向前流动，这种流动状态称为层流。紊流流体质点的运动轨迹是极不规则的，不仅的沿流动方向的位移，而且还有垂直于运动方向（横向）位移，其流速的方向和大小都随时间而变化，这种运动状态称为紊流。二、流动型态与沿程损失的关系实验曲线表明，

4、沿程损失hf与断面平均流速v之间的变化关系可用下列函数式表示：lghf＝lgk+mlgv式中k是系数；由流体性质，管段及材料决定。m是曲线线段的斜率，m=tgθ。不同的流动型态，有不同的k与m值。或θ2θ1abcdefvclgvlghf沿程损失hf与流速v的关系当v时，流动为紊流，所有实验点分布在ef线上。处在m = 2.0流动区，这类流动区，称为阻力平方区。或当vc

5、之间过渡，该区为临界过渡区。θ2θ1abcdefvclgvlghf沿程损失hf与流速v的关系三、流态的判别准则——雷诺数雷诺根据大量实验资料，通过分析，将v、d、μ、ρ四个因素归纳成一个无因次，称为雷诺数Re。作为判别流体流动状态的标准（1）对应于上、下临界速度的雷诺数，为上临界雷诺数(Rec’)和下临界雷诺数(Rec)。下临界雷诺数Rec为常数：Rec=2000当ReRec=2000时，为紊流。由层流到紊流时的临界雷诺数由紊流到层流时的临界雷诺数不同的边界条件的雷诺数为了使式(1)能用于任何断面，将直径d改用水力半径R来代替。水力半径

6、：总流过流断面面积与湿周之比。即对非圆形断面流道中的流体运动，其判别标准为ReRReC,R=500紊流式中A——总流过流断面面积，m2；χ——湿周，m。湿周：总流过流断面上，流体与固体边缘相接触的周长。式(1)可写成：▽abcχ=abcdχ=πdabcdχ=ad+dc+cb(a)(b)(c)经上分析说明，雷诺数恰好反映了两类力的比值。流体运动过程中，当Re较大时，表明惯性力占主导地位，因此流态为紊流。当Re较小时，表明粘滞性力占主导地位因此流态为层流。雷诺数的物理意义流体所受的惯性力，有使流体质点保持或加剧紊乱程度的作用。而流体所受的粘滞力则

7、有限制流体质点发生紊乱，约束其稳定下来的作用。雷诺数之所以能判别流态，正是因为它反映了惯性力和粘滞力的对比关系。dim惯性力＝dim(ma)＝dim(ρ)L3LT-2＝dim(ρv2)L3L-1dim粘性力=dim[(μA)du/dy]=dim(μv)L2L-1例1：水温为150C，管径为20mm的管流，水流平均流速为8cm/s，试确定管中水流状态；并求水流状态转变时的临界流速和临界水温。解：从已知数求Re（ν从教材P8表1—2中查取）即当v增大到0.114m/s以上时，水流由层流转变为紊流。（层流）临界流速如不改