流體力學(流動阻力及能量損失)復習課程.ppt

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1、流體力學(流動阻力及能量損失)1、沿程阻力流體在直管或過流斷面形狀、尺寸沿程不變的明渠中流動時，產生的流動阻力，稱為沿程阻力。這種阻力來源于沿流程各流體微元或流體層之間以及流體與固壁之間的摩擦力。由沿程阻力所引起的能量損失稱為沿程損失。單位重力流體的沿程損失，用符號hf表示。2、局部阻力流體流過邊界急劇變化的區(qū)域所產生的流動阻力，稱為局部阻力。這種阻力主要是流體流經局部區(qū)域使流速大小、方向迅速改變質點間進行劇烈動量交換而產生的阻力。由局部阻力所引起的能量損失稱為局部損失。單位重力流體的局部損失，用符號hj表示。3、總能量損失流體在實際裝置中流動時，將出現沿程和局部兩種類型的

2、能量損失。在實際流體總流伯諾里方程中，hw項應包括單位重力流體在所取兩斷面間的所有能量損失。即hw=∑hf+∑hj§6－2　流體流動的兩種狀態(tài)流態(tài)實驗——雷諾實驗流動型態(tài)與沿程損失的關系流態(tài)的判別準則——雷諾數§6－2　流體流動的兩種狀態(tài)一、流態(tài)實驗——雷諾實驗由紊流層流時的流速稱為下臨界流速vc。實驗證明，vc<。●實驗情況，可概括如下；當v>時，流體作紊流運動當v

3、，vc↑，ν↓，vc↓；d↑，vc↓，d↓，vc↑。流體的粘性越大，流體質點彼此牽制和約束的力越大，流動過程摩擦阻力也越大，流體質點紊動更加困難。在同樣的流速下，過流斷面越大，即管徑越大，速度梯度越小，流體質點運動易紊亂，使臨界速度減小，而管徑越小，對流體的粘性作用就越大，臨界速度必然增高。層流流體在流動過程中，各層質點間互不干擾，互不相混，各自沿直線向前流動，這種流動狀態(tài)稱為層流。紊流流體質點的運動軌跡是極不規(guī)則的，不僅的沿流動方向的位移，而且還有垂直于運動方向（橫向）位移，其流速的方向和大小都隨時間而變化，這種運動狀態(tài)稱為紊流。二、流動型態(tài)與沿程損失的關系實驗曲線表明，

4、沿程損失hf與斷面平均流速v之間的變化關系可用下列函數式表示：lghf＝lgk+mlgv式中k是系數；由流體性質，管段及材料決定。m是曲線線段的斜率，m=tgθ。不同的流動型態(tài)，有不同的k與m值。或θ2θ1abcdefvclgvlghf沿程損失hf與流速v的關系當v時，流動為紊流，所有實驗點分布在ef線上。處在m?=?2.0流動區(qū)，這類流動區(qū)，稱為阻力平方區(qū)?；虍攙c

5、之間過渡，該區(qū)為臨界過渡區(qū)。θ2θ1abcdefvclgvlghf沿程損失hf與流速v的關系三、流態(tài)的判別準則——雷諾數雷諾根據大量實驗資料，通過分析，將v、d、μ、ρ四個因素歸納成一個無因次，稱為雷諾數Re。作為判別流體流動狀態(tài)的標準（1）對應于上、下臨界速度的雷諾數，為上臨界雷諾數(Rec’)和下臨界雷諾數(Rec)。下臨界雷諾數Rec為常數：Rec=2000當ReRec=2000時，為紊流。由層流到紊流時的臨界雷諾數由紊流到層流時的臨界雷諾數不同的邊界條件的雷諾數為了使式(1)能用于任何斷面，將直徑d改用水力半徑R來代替。水力半徑

6、：總流過流斷面面積與濕周之比。即對非圓形斷面流道中的流體運動，其判別標準為ReRReC,R=500紊流式中A——總流過流斷面面積，m2；χ——濕周，m。濕周：總流過流斷面上，流體與固體邊緣相接觸的周長。式(1)可寫成：▽abcχ=abcdχ=πdabcdχ=ad+dc+cb(a)(b)(c)經上分析說明，雷諾數恰好反映了兩類力的比值。流體運動過程中，當Re較大時，表明慣性力占主導地位，因此流態(tài)為紊流。當Re較小時，表明粘滯性力占主導地位因此流態(tài)為層流。雷諾數的物理意義流體所受的慣性力，有使流體質點保持或加劇紊亂程度的作用。而流體所受的粘滯力則

7、有限制流體質點發(fā)生紊亂，約束其穩(wěn)定下來的作用。雷諾數之所以能判別流態(tài)，正是因為它反映了慣性力和粘滯力的對比關系。dim慣性力＝dim(ma)＝dim(ρ)L3LT-2＝dim(ρv2)L3L-1dim粘性力=dim[(μA)du/dy]=dim(μv)L2L-1例1：水溫為150C，管徑為20mm的管流，水流平均流速為8cm/s，試確定管中水流狀態(tài)；并求水流狀態(tài)轉變時的臨界流速和臨界水溫。解：從已知數求Re（ν從教材P8表1—2中查?。┘串攙增大到0.114m/s以上時，水流由層流轉變?yōu)槲闪?。（層流）臨界流速如不改