體驗阻力-流動阻力與計算

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1、流體力學流體流動阻力4.體驗阻力流體流動阻力（一）流動形態(tài)與阻力管內流動與阻力流動的兩種型態(tài)在不同的初始和邊界條件下，粘性流體質點的運動會出現(xiàn)兩種不同的運動狀態(tài)，一種是所有流體質點作定向有規(guī)則的運動，另一種是作無規(guī)則不定向的混雜運動。前者稱為層流狀態(tài)，后者稱為湍流狀態(tài)。首先是英國物理學家雷諾在1883年用實驗證明了兩種流態(tài)的存在，確定了流態(tài)的判別方法。小流量中流量大流量過渡狀態(tài)湍流狀態(tài)層流狀態(tài):下臨界速度:上臨界速度雷諾實驗表明：①當流速大于上臨界流速時為湍流；當流速小于下臨界流速時為層流；當流速介于上、下臨界流速之間時，

2、可能是層流也可能是湍流，這與實驗的起始狀態(tài)、有無擾動等因素有關，不過實踐證明，是湍流的可能性更多些。②在相同的管徑下用不同的液體進行實驗，所測得的臨界流速也不同，粘性大的液體臨界流速也大；若用相同的液體在不同管徑下進行試驗，所測得的臨界流速也不同，管徑大的臨界流速反而小。臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù)表示超過此雷諾數(shù)的流動必為湍流，它很不確定，跨越一個較大的取值范圍。有實際意義的是下臨界雷諾數(shù)，表示低于此雷諾數(shù)的流動必為層流，有確定的取值。上臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)雷諾數(shù)圓管中的層流運動速度分布流量最大速度泊肅葉-哈根方程湍流脈動現(xiàn)

3、象與時均速度流體質點在運動過程中，不斷地互相摻混，引起質點間的碰撞和摩擦，產生了無數(shù)旋渦，形成了湍流的脈動性，這些旋渦是造成速度等參數(shù)脈動的原因。湍流是一種不規(guī)則的流動狀態(tài)，其流動參數(shù)隨時間和空間作隨機變化，因而本質上是三維非定常流動，且流動空間分布著無數(shù)大小和形狀各不相同的旋渦。因此，可以簡單地說，湍流是隨機的三維非定常有旋流動。流動參數(shù)的變化稱為脈動現(xiàn)象。圓管中的湍流運動時間t1內，速度的平均值稱為時均速度，定義為：湍流中某一點瞬時速度可用下式表示：雷諾應力雷諾應力τt是由于流體質點的脈動，在相鄰流層之間發(fā)生動量交換，

4、產生的增加能量損失的應力。：湍流粘度系數(shù)μt與μ不同，它不是流體的屬性，它只決定于流體的密度、時均速度梯度和混合長度管內流速分布4×10-43.2×106時，m=1/10湍流運動中，由于流體渦團相互摻混，互相碰撞，因而產生了流體內部各質點間的動量傳遞；動量大的流體質點將動量傳遞給動量小的質點，動量小的流體質點牽制動量大的質點，結果造成斷面流速分布的均勻化。湍流運動的近壁特征湍流核心湍流核心流道壁面的類型任何流道的固體邊壁上，總存在高低

5、不平的突起粗糙體，將粗糙體突出壁面的特征高度定義為絕對粗糙度?/d相對粗糙水力光滑面和粗糙面并非完全取決于固體邊界表面本身是光滑還是粗糙，而必須依據(jù)粘性底層和絕對粗糙度兩者的相對大小來確定，即使同一固體邊壁，在某一雷諾數(shù)下是光滑面，而在另一雷諾數(shù)下是粗糙面。管內流動的摩擦阻力管內沿程阻力沿程阻力沿程阻力：當限制流動的固體邊界使流體作均勻流動時，流動阻力只有沿程不變的切應力，該阻力稱為沿程阻力。沿程水頭損失：由沿程阻力作功而引起的水頭損失稱為沿程水頭損失。圓管層流中的沿程損失層流運動的沿程水頭損失與平均流速的一次方成正比，其

6、沿程阻力系數(shù)只與雷諾數(shù)有關。阻力系數(shù)圓管湍流中的沿程損失影響λ的因素尼古拉茲在管壁上粘結顆粒均勻的砂粒，做成人工粗糙管。對不同管徑、不同流量的管流進行了實驗，得出如圖所示的尼古拉茲實驗曲線。此曲線可分成五個區(qū)域，不同的區(qū)域內用不同的經(jīng)驗公式計算值。１）層流區(qū)——實驗點集中在直線ab上２）層流向紊流的過渡區(qū)——實驗點集中在bc區(qū)間內,無具體計算式3）水力光滑區(qū)——實驗點集中在直線cd上4）水力光滑向水力粗糙的過渡區(qū)——實驗點集中在cdef區(qū)域內懷特公式5)水力粗糙區(qū)——實驗點集中在ef區(qū)域后尼古拉茨實驗???莫迪圖管內流動的

7、變化與干擾管內流動局部阻力局部阻力流道的局部突變→流動分離形成剪切層→剪切層流動不穩(wěn)定，產生旋渦→平均流動能量轉化成脈動能量，造成不可逆的能量耗散，稱為局部水頭損失。局部損失的機理復雜，除了突擴圓管的情況以外，一般難于解析確定。突然擴大突然縮小閘閥三通匯流管道彎頭管道進口從流動特征分析,局部阻力分為過流斷面的擴大和縮小流動方向的改變流量的匯入和分出以及以上幾種形式的組合等從邊壁的變化分析,局部阻力分為急變漸變局部水頭損失產生于邊界發(fā)生明顯改變的地方，使水流形態(tài)發(fā)生了很大的變化。其特點為能耗大、能耗集中而且主要為旋渦紊動損失

8、。突然擴大局部阻力如圖，斷面1—1與2—2之間的沿程損失很小，可忽略不計。根據(jù)伯努利方程：列動量方程：阻力損失：當流體從管道流入斷面很大的容器中或氣體流入大氣時，，。這是突然擴大的特殊情況，稱為出口阻力系數(shù)。內插出口圓角出口直角出口圓弧出口1.01.01.01.0漸擴管漸擴管的形狀由擴大面積比和擴大角兩