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时间:2018-04-24
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1、第四章流动阻力和能量损失流体的输送工业应用——管道管道类型——流动状态——损失形式圆管与非圆管层流与紊流沿程、局部损失伯努利方程中的损失项22pvpv111222ZZh12l12gg22gg液体:水头损失hlph气体:压强损失plll第一节沿程损失和局部损失由于粘性产生流动阻力,使机械能转化为热能而散失,从而造成能量损失。按流动情况,能量损失可分为沿程损失和局部损失。一、流动阻力和能量损失的分类沿程阻力:在边界沿程不变的均匀流段上,流动阻力就只有沿程不变的摩擦阻力,称为沿程阻力。沿程损失:客服沿程阻力所产生的能量损失。沿程损失的特点:均匀分布在整个流段上,与长度成正比
2、。用水头损失表示时,称为沿程水头损失,用h表示。f局部阻力:在边壁形状沿程急剧变化,流速分布急剧调整的局部区段上,产生的流动阻力称为局部阻力。局部损失:克服局部阻力引起的能量损失称为局部损失。符号:hm整个流道水头损失h为lhhhlfmhmahfabhmbhfbchmccba沿程层流圆管局部湍流非圆管二、能量损失的计算公式沿程损失的计算对于圆管内流动,水头损失为2lvh——达西公式fdg2λ——沿程阻力系数l——管长d——管径对于气体,采用压强损失,有2lvpghffd2局部损失计算公式2vhm2g2vpghmm2ζ——局部阻力系数第二节层流与紊流、雷诺数一
3、两种流态一两种流态——观察试验(缓慢改变流速)1速度由小到大,即上行过程(a)层流vv’k(c)湍流v>vk’vv’kk(a)低速时,流线保持直线,色线稳定——层流;(b)加大流速,红线(或蓝线)呈波纹状,流动不稳定——过渡流;(c)继续加大流速,红线剧烈波动,最后断裂,红色充满全管——紊流(湍流)。2下行,即速度由大到小v4、.0范围较大DC上行OABDE,由B点开始转化为ABm=1.0湍流;O下行EDCAO,在A点达到层流。vkvk’lgv总流的伯努里方程22pvpv1122mz121zhf2hKf12vgg22gg层流时,h随v1.0变化1.0fhKfvmhKv1.752.0湍流时,hf随v变化,m=1.75~2.0。f计算沿程水头损失时,首先要判别流态二、流态的判别准则——临界雷诺数依靠临界速度判别流动状态不方便。又因为临界速度随密度、粘性及流道尺寸发生变化。故由实验归纳出了一个无量纲参数用于判别流动状态。vdvdRe反映惯性力与粘性力之比粘性力使流动稳定;惯性力使流动不5、稳定故,Re越大,流动将趋于紊流。与临界速度v对应的Re称为临界Re。用Re表示。即kkvdkRe为简便起见,不考虑过渡流区域划分:Re<2000,为层流;20004000,为紊流。圆管对错判断:有两个圆形管道,管径不同,输送的液体也不同,则流态判别数(雷诺数)不相同。想一想:1.怎样判别粘性流体的两种流态——层流和紊流?2.为何不能直接用临界流速作为判别流态(层流和紊流)的标准?1、用下临界雷诺数Re来判别。当雷诺数ReRe时,流动为紊流。k2、因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径(当为圆管流时)有关。而临界雷诺数则6、是个比例常数,对于圆管流为2000,应用起来非常方便。例题:石油在冬季时的运动粘性系数为υ=6×10-41m2/s;在夏季时,υ=4×10-5m2/s。有一条输油管2道,直径d=0.4m,设计流量为Q=0.18m3/s,试求冬季、夏季石油流动的流态。解:取临界雷诺数Rek=2000,现计算管流的雷诺数,V=Q/A=1.4324(m/s)冬季时Vdυ=6×10-4m2/sR9552000层流1e11夏季时Vdυ=4×10-5m2/sRe2143242000紊流22可见在冬季,流态为层流,在夏季则为紊流。三、流态分析紊流阻力比层流阻力大得多。层流到紊流的转变是与涡体的产生联系在一起7、的。流动呈现什么流态,取决于扰动的惯性作用和黏性的稳定作用相互斗争的结果。层流底层:紧靠壁面存在有一个粘性切应力起主导作用的薄层。由于固体壁面的阻滞作用,流速较小,惯性力较小,仍保持层流运动。其厚度为δ湍流核心:离边壁不远到管中心绝大部分区域速度分布较均匀,处于紊流运动状态,紊流惯性切应力起主导作用,这一区域称为紊流核心。过渡层:湍流核心和粘性底层之间存在一个范围很小的过渡层。通常可不考虑。第三节
4、.0范围较大DC上行OABDE,由B点开始转化为ABm=1.0湍流;O下行EDCAO,在A点达到层流。vkvk’lgv总流的伯努里方程22pvpv1122mz121zhf2hKf12vgg22gg层流时,h随v1.0变化1.0fhKfvmhKv1.752.0湍流时,hf随v变化,m=1.75~2.0。f计算沿程水头损失时,首先要判别流态二、流态的判别准则——临界雷诺数依靠临界速度判别流动状态不方便。又因为临界速度随密度、粘性及流道尺寸发生变化。故由实验归纳出了一个无量纲参数用于判别流动状态。vdvdRe反映惯性力与粘性力之比粘性力使流动稳定;惯性力使流动不
5、稳定故,Re越大,流动将趋于紊流。与临界速度v对应的Re称为临界Re。用Re表示。即kkvdkRe为简便起见,不考虑过渡流区域划分:Re<2000,为层流;20004000,为紊流。圆管对错判断:有两个圆形管道,管径不同,输送的液体也不同,则流态判别数(雷诺数)不相同。想一想:1.怎样判别粘性流体的两种流态——层流和紊流?2.为何不能直接用临界流速作为判别流态(层流和紊流)的标准?1、用下临界雷诺数Re来判别。当雷诺数ReRe时,流动为紊流。k2、因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径(当为圆管流时)有关。而临界雷诺数则
6、是个比例常数,对于圆管流为2000,应用起来非常方便。例题:石油在冬季时的运动粘性系数为υ=6×10-41m2/s;在夏季时,υ=4×10-5m2/s。有一条输油管2道,直径d=0.4m,设计流量为Q=0.18m3/s,试求冬季、夏季石油流动的流态。解:取临界雷诺数Rek=2000,现计算管流的雷诺数,V=Q/A=1.4324(m/s)冬季时Vdυ=6×10-4m2/sR9552000层流1e11夏季时Vdυ=4×10-5m2/sRe2143242000紊流22可见在冬季,流态为层流,在夏季则为紊流。三、流态分析紊流阻力比层流阻力大得多。层流到紊流的转变是与涡体的产生联系在一起
7、的。流动呈现什么流态,取决于扰动的惯性作用和黏性的稳定作用相互斗争的结果。层流底层:紧靠壁面存在有一个粘性切应力起主导作用的薄层。由于固体壁面的阻滞作用,流速较小,惯性力较小,仍保持层流运动。其厚度为δ湍流核心:离边壁不远到管中心绝大部分区域速度分布较均匀,处于紊流运动状态,紊流惯性切应力起主导作用,这一区域称为紊流核心。过渡层:湍流核心和粘性底层之间存在一个范围很小的过渡层。通常可不考虑。第三节
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