流体力学放映6章.ppt

2020 3 22 1 2020 3 22 2 学习重点 2020 3 22 3 6 1流动阻力和水头损失 一 水头损失分类 2020 3 22 4 由流体粘性所产生的阻碍流体运动的力 由固体边壁发生改变所产生的阻碍流体运动的力 2 分类 2020 3 22 5 3 能量损失的分类 流体克服沿程阻力所损失掉的能量 流体克服局部阻力所损失掉的能量 能量损失 流体克服流动阻力所损失掉的能量 2020 3 22 6 二 水头损失计算 1 沿程损失的普遍表达式 达西公式 适用于层流与紊流 2020 3 22 7 2020 3 22 8 2 局部损失计算式 据实验测得 可查相关表格 2020 3 22 9 6 2粘性流体的两种流动型态 一 两种流动型态 流体质点作规则运动 相互不干扰 流体质点的运动轨迹与流向平行 流体质点在流动过程中发生相互混掺 流体质点的轨迹与其流向不平行 2020 3 22 10 1 雷诺实验 1 实验装置 2020 3 22 11 2020 3 22 12 2 实验方法 2020 3 22 13 3 实验结果与分析 1 实验现象 1 流速v由小 大 当v vc 时 玻璃管中的红线消失 2 流速v由大 小 当v vc时 玻璃管中的红线又重新出现 vc 上临界流速 vc 下临界流速 2020 3 22 14 2 流态的划分 2020 3 22 15 3 流速v与沿程损失hf的关系 在雷诺实验中 测得多组hf与v的值 得到v hf的对应关系 在对数纸上点绘出v hf关系曲线 如图所示 k2 1 75 2 0 k1 1 0 2020 3 22 16 2020 3 22 17 二 流态的判别标准 2000 2300 500 575 1 圆管 2 非圆管 2020 3 22 18 6 3沿程水头损失与切应力的关系 本节只对简单均匀流作分析 找出hf与 的关系 一 均匀流基本方程 1 沿程损失 2020 3 22 19 故有 2 均匀流基本方程 如果流体的流动为均匀流 则流体的受力应平衡 2020 3 22 20 1 分析受力 如图 1 质量力 2020 3 22 21 2 表面力 Fs 02 r0L 2020 3 22 22 2 基本方程 2020 3 22 23 二 圆管过流断面上切应力分布规律 表明有压圆管均匀流过流断面上切应力呈直线分布 1 公式 2020 3 22 24 v 动力速度 阻力速度 剪切速度 三 阻力速度 1 阻力速度 2020 3 22 25 一 流动特征 6 4圆管中的层流运动 2020 3 22 26 二 流速分布 流量 平均流速 1 流速分布 2020 3 22 27 2 管轴中心处流速最大 为 注 1 圆形管路的流速分布呈二次抛物面形状 3 管壁处流速最小 为 umin 0 2020 3 22 28 2 流量 3 断面平均流速 2020 3 22 29 三 圆管层流沿程损失计算 2020 3 22 30 1 在雷诺实验中 已知如果流体的流态为层流 则有 hf kv 而由以上理论也证明hf与v的一次方成正比 且 2020 3 22 31 本节将着重介绍与湍流流动阻力 能量损失有关的湍流理论 即一般理论 湍流运动较为复杂 到目前尚处于半经验阶段 此处只介绍与流动阻力损失有关的理论 6 5紊流理论 2020 3 22 32 一 粘性底层 光滑壁面 粗糙壁面 1 粘性底层 在湍流流动中 紧靠固体边壁的一层极薄的流层 2020 3 22 33 2 光滑壁面 1 绝对粗糙度 粗糙凸出固体壁面的平均高度 2 相对粗糙度 绝对粗糙度与过流断面上某一特性几何尺寸的比值 3 光滑度 相对粗糙度的倒数 2020 3 22 34 4 光滑壁面 水力光滑管 湍流光滑管 粘性底层厚度大于粗糙凸出的高度 壁面粗糙对流动阻力 能量损失不起作用 似光滑壁面 3 粗糙壁面 粘性底层不足以掩盖粗糙厚度粗糙对湍流流动有影响 2020 3 22 35 2020 3 22 36 6 6紊流沿程损失计算 任务 确定紊流流动中 的值 可由实验 综合得出经验公式 一 尼古拉兹实验 1 实验方法 1 选择一组不同相对粗糙度的人工粗糙管 f Re d 2020 3 22 37 2 实验装置 2020 3 22 38 3 具体实验内容 对不同相对糙度的管路 分别测得一系列Q hf t L d 1 计算 2020 3 22 39 2 做Re 曲线 如图 2020 3 22 40 2 实验分析 据 的变化特征分为五个区 此区极窄 无实际意义 2020 3 22 41 2020 3 22 42 3 计算 莫迪图6 17 半经验半理论公式 6 33 光滑管区 6 34 粗糙管区 2020 3 22 43 二 速度分布 2020 3 22 44 三 沿程阻力系数经验公式 1 经验公式 2020 3 22 45 2 谢才公式 通常用于明渠均匀流 所以有 2020 3 22 46 1 曼宁公式 2 巴甫洛夫公式 3 谢才系数 2020 3 22 47 6 7局部损失 局部损失与沿程损失一样 不同的流态所遵循的规律也不同 目前能用理论公式推导出的只有突然扩大的局部损失计算 其它计算均由实验而得 因大多数的流动为紊流 故在此只研究紊流时的局部损失计算 2020 3 22 48 一 局部损失分析 1 损失产生的部位 非均匀流段 如固体边壁发生突变 流体流向发生改变等 2020 3 22 49 2 损失产生的原因 1 当固体边壁发生突变时 流体由于存在惯性 不能随边壁发生突变 故在主流与边壁之间形成大量的旋涡 加剧湍流的脉动 这是引起损失的主要原因 另外旋涡区的涡体不断被带向下游 又加剧了下游一定范围内的能量损失 而旋涡区不断产生新的涡体 其能量来自主流 从而又不断消耗主流的能量 2020 3 22 50 2 二次流也是损失产生的原因 二次流使局部损失进一步加剧 2020 3 22 51 3 局部损失的构成 2020 3 22 52 二 局部损失计算公式 f Re d 断面改变 可由实验得到或查相关表格 2020 3 22 53 三 几种典型的局部损失计算 1 突扩管路局部损失计算 可依据动量方程 能量方程 连续性方程推导之 2020 3 22 54 公式推导的几个假设条件 2020 3 22 55 如表6 5 2 其它可参照局部系数表格 四 各种局部阻力之间的相互干扰 书上表格中所给出的局部损失系数一般是指在局部阻碍前后都有足够长的管段 使流入和流出局部阻碍的流动具有恢复均匀流正常流速分布与脉动强度的条件下所测得的 局部损失也包括阻碍范围内的损失及影响长度内的附加损失 当两局部阻碍较近时 会产生相互干扰 而相互干扰的结果则有可能使损失增大 也有可能使其减小 故对一般的局部损失应加以修正 但目前尚无甚解决办法 在实际工程中为安全起见 通常按互不影响来单独计算之 然而再相加 2020 3 22 56 四 水头线及其绘制 1 水头线 表示总流沿程能量变化的几何图示 2 水头线的绘制 步骤 2020 3 22 57 4 从起始断面的总水头依次减去各项损失 得各断面