第4章 不可壓縮流體的一元流動(dòng)ppt課件.ppt

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1、第四章不可壓縮流體的一元流動(dòng)7/29/20211工程流體力學(xué)第4章§4-1粘性流動(dòng)的伯努利方程流體從截面1運(yùn)動(dòng)到截面2，機(jī)械能減少：hw為損失水頭。hw分為兩類：沿程損失hf和局部損失hj。其經(jīng)驗(yàn)公式為：7/29/20212工程流體力學(xué)第4章§4-2兩種流動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)證明：沿程損失hf與流態(tài)有關(guān)。雷諾實(shí)驗(yàn):7/29/20213工程流體力學(xué)第4章沿程損失與平均流速的冪次方成正比。hf∝vn當(dāng)v從小變大,流態(tài)從層流變?yōu)槲闪鳎瑢?shí)驗(yàn)點(diǎn)落在曲線ABC上(紅線所示)。AB段，n=1，∴λ∝1/vBC段，n=1.75，λ∝1/v0.25C附近,n=2,λ與v無

2、關(guān)B為從層流變?yōu)槲闪鞯姆纸琰c(diǎn)根據(jù)測(cè)量結(jié)果，將水頭損失hf和速度v作圖在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，如圖示。由圖看出：7/29/20214工程流體力學(xué)第4章B點(diǎn)的速度稱為上臨界速度,記作v上。D點(diǎn)的速度稱為下臨界速度,記作v下。在CDA，v從大變小，流態(tài)從紊流變?yōu)閷恿鳌為從紊流變?yōu)閷恿鞯姆纸琰c(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，臨界速度與流體的粘性成正比，與管道直徑成反比，比例系數(shù)稱為雷諾數(shù)Re。7/29/20215工程流體力學(xué)第4章雷諾數(shù)雷諾數(shù)的定義:D點(diǎn)的雷諾數(shù)Re下=2300B點(diǎn)的雷諾數(shù)Re上超過12000工程上定義Re=2300為臨界雷諾數(shù)。Re<2300為層流，Re>230

3、0為紊流。雷諾數(shù)表征慣性力與粘性力之比。7/29/20216工程流體力學(xué)第4章§4-3圓管中的層流設(shè)流體在無限長(zhǎng)的圓形截面管道中作定常流動(dòng)，任意截面上的速度分布相同，流體加速度為零，粘性力和壓力平衡。分析管軸線上的一個(gè)長(zhǎng)度為l，半徑為r的圓柱體流體。由平衡方程得：7/29/20217工程流體力學(xué)第4章圓管中的層流求速度分布:管壁處粘性切應(yīng)力最大：7/29/20218工程流體力學(xué)第4章管軸線r=0處速度最大，7/29/20219工程流體力學(xué)第4章流量：截面平均速度：速度分布：動(dòng)能修正系數(shù)：動(dòng)量修正系數(shù)：7/29/202110工程流體力學(xué)第4章利用

4、前面的結(jié)果：沿程損失系數(shù)：7/29/202111工程流體力學(xué)第4章非圓形管道的沿程損失非圓截面管道的沿程水頭損失：式中，R為水力半徑，其定義是：R=過流面積/濕周對(duì)于圓形管道，水力半徑R=d/4。7/29/202112工程流體力學(xué)第4章例4-3圓截面輸油管道，管段長(zhǎng)度l=1000m，直徑d=0.15m，兩端的壓強(qiáng)差為：p1-p2=0.965×106Pa，油的密度和粘度分別為ρ=920kg/m3，ν=4×10-4m2/s，試求流量Q。解:μ=ρν=0.368Pa.s假設(shè)流態(tài)為層流假設(shè)成立。故Q=vπd2/4=0.0326m3/s。7/29/202

5、113工程流體力學(xué)第4章作業(yè)4-17/29/202114工程流體力學(xué)第4章§4-5層流向紊流的過濾用激光測(cè)速儀測(cè)量空間某點(diǎn)的速度,每隔Δt=0.001秒測(cè)一次,圖示為測(cè)量值。紊流速度紊流附加切應(yīng)力時(shí)均速度流體的切應(yīng)力=粘性切應(yīng)力+紊流附加切應(yīng)力。7/29/202115工程流體力學(xué)第4章§4-6紊流速度分布1．紊流結(jié)構(gòu)層流底層（厚度δ0）紊流區(qū)y>δ0水力光滑:δ0>Δ水力粗糙:δ0<Δ2.普朗特混合長(zhǎng)假說：脈動(dòng)速度與速度梯度成比例7/29/202116工程流體力學(xué)第4章3.速度分布：粘性底層的速度分布在粘性底層，τ可視為常數(shù)τ0。u*稱為摩擦速

6、度為了方便，引入常數(shù)u*7/29/202117工程流體力學(xué)第4章紊流區(qū)的切應(yīng)力與層流區(qū)的切應(yīng)力基本相等。普朗特認(rèn)為l=ky,k為常數(shù)，紊流區(qū)的速度分布，y>δ7/29/202118工程流體力學(xué)第4章4-7圓管紊流的沿程損失因數(shù)沿程損失系數(shù)與平均速度的關(guān)系根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理的沿程損失因數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式：光滑管公式：粗糙管公式：7/29/202119工程流體力學(xué)第4章工程應(yīng)用中，圓管紊流的速度分布可用冪次式近似表示：冪次律的平均速度：7/29/202120工程流體力學(xué)第4章冪次律的動(dòng)能修正系數(shù)：冪次律的動(dòng)量修正系數(shù)：對(duì)于紊流，α≈1，β≈1。7/29/

7、202121工程流體力學(xué)第4章紊流的動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)Re4╳1032.3╳1041.1╳1051.1╳106>2╳106n1/61/6.61/71/8.81/10α1.0771.0651.0581.0391.031β1.0271.0231.0201.0131.011v/vmax0.7910.8070.8170.8500.8667/29/202122工程流體力學(xué)第4章§4-8沿程阻力系數(shù)λ的實(shí)驗(yàn)研究尼古拉茲曲線尼古拉茲進(jìn)行人工粗糙管的阻力實(shí)驗(yàn),他用三種粒徑為Δ的沙子貼涂在管壁上。形成人工粗糙管。并對(duì)d/Δ=30，60，120，252，5

8、04，1014六種管道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。得到λ-Re對(duì)數(shù)曲線,稱為尼古拉茲曲線。7/29/202123工程流體力學(xué)第4章尼古拉茲曲線7/29/202124工程