上海海洋大學(xué)工程學(xué)院課件.ppt

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1、上海海洋大學(xué)工程學(xué)院層流和湍流主講教師:蘭雅梅二、雷諾實(shí)驗(yàn)、層流和湍流一、問題的研究背景一、問題的研究背景粘性流體恒定總流的能量方程(伯努利方程)：z——單位重量流體具有的位置勢能；——單位重量流體具有的壓強(qiáng)勢能；——單位重量流體具有的動能；——單位重量流體從斷面1到斷面2的能量損失(水頭損失)。圖1恒定總流的能量方程示意圖早在19世紀(jì)初，水力學(xué)家發(fā)現(xiàn)：由于流體具有粘性，在不同的條件下，流體的斷面流速分布不同，因此流體的能量損失規(guī)律也不同。圖2不同條件下的圓管流速分布圖雷諾生平簡介二、雷諾實(shí)驗(yàn)、層流和湍流實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)

2、裝置測壓管測水頭損失：（恒壓水箱、墨盒、實(shí)驗(yàn)管段、計(jì)量水箱）層流:過渡流:湍流:實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(a)平穩(wěn)而鮮明的細(xì)色線(b)振蕩搖擺的波形色線(c)色線破裂擴(kuò)散層流湍流：上臨界流速湍流層流：下臨界流速層流過渡流湍流層流是指在流速較小時，流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的有序的直線運(yùn)動，水流各層質(zhì)點(diǎn)互不摻混。過渡流是層流與湍流之間的過渡階段。湍流亦稱紊流，是指隨流速增大，流體質(zhì)點(diǎn)作極不規(guī)則的運(yùn)動，流層不穩(wěn)定，質(zhì)點(diǎn)相互摻混。例：毛細(xì)血管中血液流動，流速很小的細(xì)直管道流動等。例：輸油輸水管道，天然河道，大氣環(huán)流，動脈中血液的流動等。用顏色水觀察水流形態(tài)（可操

3、作性差）雷諾等人發(fā)現(xiàn)：臨界流速由量綱分析得到無量綱量：用臨界流速判斷（缺乏普遍性）（圓管流動：）實(shí)驗(yàn)結(jié)論1:流動形態(tài)判別臨界雷諾數(shù)Re數(shù)表示流體的慣性力和粘性力的量級之比粘性力——抑制小擾動，促使流動趨于穩(wěn)定慣性力——使小擾動的作用保持和強(qiáng)化，促使流動趨于紊動流速較?。≧e數(shù)較小）粘性力起主導(dǎo)作用層流流速較大（Re數(shù)較大）慣性力起主導(dǎo)作用湍流實(shí)驗(yàn)結(jié)論2:雷諾數(shù)Re實(shí)驗(yàn)結(jié)論3:與V的關(guān)系當(dāng)流動為層流時沿程水頭損失為，；當(dāng)流動為湍流時沿程水頭損失為，。小結(jié)層流（有序性）流速小顏色水不與清水摻混流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的運(yùn)動湍流（無序性）流速大

4、顏色水快速而完全地與清水摻混流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡不規(guī)則