流體力學(xué) 第4章 流體阻力與能量損失.ppt

《流體力學(xué) 第4章 流體阻力與能量損失.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在PPT專區(qū)-天天文庫。

1、概述：○實(shí)際流體具有粘滯性○能量損失——（液柱高度m）對于液體——水頭水損失對于氣體——壓強(qiáng)損失○能量損失與流態(tài)、邊界條件有關(guān)。第四章流動阻力與能量損失水頭損失的準(zhǔn)確計算在工程上的意義4.1沿程損失和局部損失（分類）4.2層流與紊流、雷諾數(shù)（流動形態(tài)及其判別標(biāo)準(zhǔn)）4.3圓管中的層流運(yùn)動4.4紊流運(yùn)動的特征和紊流阻力4.5尼古拉茲試驗(yàn)（沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律）4.6工業(yè)管道紊流阻力系數(shù)的計算公式4.7非圓管的沿程損失4.8管道流動的局部水頭4.9減小阻力的措施第一節(jié)沿程損失和局部損失一、流動阻力和能量損失的分類沿程損失局部損失總的能量損失二、

2、水頭損失產(chǎn)生的原因橫向幾何條件對水頭損失的影響（舉例）濕周水力半徑三、能量損失的計算公式沿程水頭損失：局部水頭損失壓強(qiáng)損失（氣體）第二節(jié)層流與紊流、雷諾數(shù)一、兩種流態(tài)（雷諾試驗(yàn)1883年）層流紊流二、流態(tài)分析——紊流形成的機(jī)理（三）三、雷諾試驗(yàn)成果（1）發(fā)現(xiàn):流體運(yùn)動的兩種流態(tài):層流：流體質(zhì)點(diǎn)作規(guī)則運(yùn)動，呈層流動，質(zhì)點(diǎn)間不互相摻混。紊流：各層的流體形成渦體，各層流體質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞，互相摻混。（2）下臨界流速穩(wěn)定性層流→紊流，存在上臨界流速，（不穩(wěn)定）紊流→層流，存在下臨界流速，（穩(wěn)定）（3）層流、紊流的沿程損失規(guī)律不同層流（A-F)∝紊流（

3、C-D)∝四、流態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)——臨界雷諾數(shù)雷諾發(fā)現(xiàn)下臨界流速穩(wěn)定,通過量綱分析建立了-----雷諾數(shù)把下臨界流速值代入上式,得臨界雷諾數(shù)工程上（管流）:層流紊流第三節(jié)圓管中的層流運(yùn)動一、均勻流基本方程(均勻流動方程式）上式寫為:均勻流基本方程的建立:表面力：側(cè)表面：(---濕周)質(zhì)量力:列平衡方程:均勻流基本方程：使用范圍:層流、紊流、有壓流、無壓流討論：流體內(nèi)部切應(yīng)力：邊界上：流體內(nèi)部：二、圓管中的層流運(yùn)動二、圓管中的層流運(yùn)動（1）層流內(nèi)部切應(yīng)力：（2）層流運(yùn)動的流速分：（3）管中最大點(diǎn)流速:（4）管中斷面平均流速(5）層流沿程損失計算1

4、.能量損失分類——沿程損失、局部損失。2.兩種流態(tài)——層流與紊流。3.層流與紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)4.均勻流基本方程5.層流過流斷面流速的分布——對數(shù)曲線分布。6.層流過流斷面上最大流速7.層流過流斷面平均流速8.層流沿程損失計算公式第四節(jié)紊流運(yùn)動的特征和紊流阻力一、紊流運(yùn)動的特征(紊流運(yùn)動要素的脈動與時均化)--瞬時流速,--時均流速,---脈動流速瞬時流速、時均流速、脈動流速的關(guān)系三維空間表示脈動流速的時均值紊流脈動的強(qiáng)弱程度用紊流度表示在管流、射流、繞流中，初始來流的紊流度的強(qiáng)弱影響流動的發(fā)展。紊流可分為:1）均勻各向同性紊流(無邊界）2）自

5、由剪切紊流（邊界為自由面）3）有壁剪切紊流（受固體邊界限制）引入時均概念后，紊流的運(yùn)動要素都具有了時均的含義，以前建立的概念，如流線、恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流等適用。二、紊流阻力（1）紊流切應(yīng)力對于層流:對于紊流，在時均意義上,也有粘性引起的切應(yīng)力,同時,流體質(zhì)點(diǎn)上下脈動,引起慣性切應(yīng)力.所以普蘭特混摻長度理論：式中，混摻長度——質(zhì)點(diǎn)到邊壁的距離紊流斷面流速分布三、粘性底層與紊流流核（1）粘性底層粘性底層厚度:(2)紊流的分區(qū)(絕對粗糙度）a)水力光滑區(qū):b)過渡粗糙區(qū):c)水力粗糙區(qū):第五節(jié)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)（紊流沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)

6、律）一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置:(同雷諾實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)方法:篩分砂粒，粘貼管道內(nèi)壁，砂粒直徑d作為管壁的絕對粗糙度。實(shí)測：、、、、水溫T計算：、、、相對粗糙度相對光滑度二、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)成果（沿程阻力分區(qū)）全面揭示了不同流態(tài)下,沿程阻力系數(shù)和雷諾數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系。(1)Ⅰ區(qū)：層流(2)Ⅱ區(qū)：過渡區(qū)(3)Ⅲ區(qū)：水力光滑區(qū)(4)Ⅳ區(qū)：過渡粗糙區(qū)(5)Ⅴ區(qū)：粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）不僅如此,尼古拉茲實(shí)驗(yàn)資料為推導(dǎo)紊流沿程阻力系半徑驗(yàn)半理論公式提供了可靠的依據(jù)。人工粗糙管沿程阻力系數(shù)公式水力光滑區(qū)：粗糙區(qū)：第六節(jié)工業(yè)管道紊流阻力系數(shù)的計算一、當(dāng)量粗糙度的概

7、念當(dāng)量粗糙度：把工業(yè)管道的不均勻粗糙（凹凸不平）折算為尼古拉茲粗糙。工業(yè)管道粗糙度管道材料K（mm)管道材料K（mm)表面光滑磚風(fēng)道4.0度鋅鋼管0.15礦渣混凝土板風(fēng)道1.5鋼管0.046鋼絲網(wǎng)抹灰風(fēng)道10~15鑄鐵管0.25膠合板風(fēng)道1.0混凝土管0.3~3.0墻內(nèi)砌磚風(fēng)道5~10木條拼合圓管0.18~0.9二、光滑區(qū)和粗糙去沿程阻力系數(shù)計算公式（1）水力光滑區(qū)：布拉休斯公式（1913年）（2）粗糙區(qū)：希弗松公式三、紊流過渡區(qū)和柯列勃洛克公式1.柯列布魯克-懷特（Colebkook-White)公式汪興華教授建議紊流分區(qū)的判別標(biāo)準(zhǔn)：1）

8、紊流光滑區(qū)2）紊流過渡區(qū)3）紊流粗糙區(qū)四、莫迪公式及莫迪圖1）莫迪公式當(dāng)、、；時2)阿里特蘇里公式3)布拉休斯光滑區(qū)公式4）莫迪圖（工業(yè)管道曲線）莫迪圖第七節(jié)非圓管的沿程損失水力