流体力学体验阻力流动阻力与计算PPT学习教案

1、会计学1流体力学流体力学(li t l xu)体验阻力流动阻力与体验阻力流动阻力与计算计算第一页，共41页。第1页/共41页第二页，共41页。流动(lidng)形态与阻力第2页/共41页第三页，共41页。第3页/共41页第四页，共41页。(a)(b)(c)第4页/共41页第五页，共41页。kkvvvkkvvv第5页/共41页第六页，共41页。临界临界(ln ji)雷诺数雷诺数第6页/共41页第七页，共41页。速度速度(sd)(sd)分布分布流量流量(liling)(liling)最大速度最大速度泊肃叶泊肃叶 - - 哈根方程哈根方程第7页/共41页第八页，共41页。湍流湍流(tunli)(tu

2、nli)脉动现象脉动现象与时均速度与时均速度 流体质点在运动过程中，不断地互相掺混，引起质点间的碰撞和摩擦，产生了无数旋涡，形成了湍流的脉动性，这些旋涡是造成速度等参数脉动的原因。湍流是一种不规则的流动(lidng)状态，其流动(lidng)参数随时间和空间作随机变化，因而本质上是三维非定常流动(lidng)，且流动(lidng)空间分布着无数大小和形状各不相同的旋涡。因此，可以简单地说，湍流是随机的三维非定常有旋流动(lidng)。流动(lidng)参数的变化称为脉动现象。 第8页/共41页第九页，共41页。 时间时间t1内，速度内，速度(sd)的平均值的平均值称为时均速度称为时均速度(sd

3、)，定义为：，定义为：101d1ttutuuuu 湍流湍流(tunli)中某一点瞬中某一点瞬时速度可用下式表示：时速度可用下式表示：0upppuuuuuuuuu第9页/共41页第十页，共41页。雷诺应力雷诺应力(yngl) yv)(xttvddyvlxtdd2第10页/共41页第十一页，共41页。max84. 0uv max84. 0uv 410-4Re1.1105时，时，m=1/6 110-5Re3.2106时，时，m=1/10 第11页/共41页第十二页，共41页。第12页/共41页第十三页，共41页。 水力光滑面和粗糙面并非完全取决于固体边界水力光滑面和粗糙面并非完全取决于固体边界(bi

4、nji)表面本身是光滑还是粗糙，表面本身是光滑还是粗糙，而必须依据粘性底层和绝对粗糙度两者的相对大小来确定，即使同一固体边壁，在某一而必须依据粘性底层和绝对粗糙度两者的相对大小来确定，即使同一固体边壁，在某一雷诺数下是光滑面，而在另一雷诺数下是粗糙面。雷诺数下是光滑面，而在另一雷诺数下是粗糙面。第13页/共41页第十四页，共41页。管内(un ni)流动的摩擦阻力第14页/共41页第十五页，共41页。第15页/共41页第十六页，共41页。gphf28Rlpvgvdlgdv ldvgRv lhf22648222Re6464dv第16页/共41页第十七页，共41页。)/(Re,rf第17页/共41

5、页第十八页，共41页。）层流）层流(cn li)(cn li)区区实验点集中在直线实验点集中在直线abab上上Re64(Re);,Re;2000Ref）层流向紊流的过渡区）层流向紊流的过渡区实验点集中在实验点集中在bcbc区间区间(q jin)(q jin)内内, ,无具体计算式无具体计算式(Re);4000Re2000f3 3）水力）水力(shul)(shul)光滑区光滑区实验点集中在直线实验点集中在直线cdcd上上,Re;(Re);)/(98.26Re40007/8fd)Re35. 9lg(214. 11d)(Re,);/(2 .191Re)/(98.267/8rfdd4 4）水力光滑向水

6、力粗糙的过渡区）水力光滑向水力粗糙的过渡区实验点集中在实验点集中在cdefcdef区域内区域内怀特公式怀特公式5)5)水力粗糙区水力粗糙区实验点集中在实验点集中在efef区域后区域后)();/(2 .191Rerfd2)lg(214. 1 1d第18页/共41页第十九页，共41页。第19页/共41页第二十页，共41页。第20页/共41页第二十一页，共41页。管内(un ni)流动的变化与干扰第21页/共41页第二十二页，共41页。第22页/共41页第二十三页，共41页。突然突然(trn)扩扩大大突然突然(trn)缩缩小小闸阀闸阀三通三通(sn tn)汇流汇流管道弯头管道弯头管道进口管道进口第2

7、3页/共41页第二十四页，共41页。 局部水头损失产局部水头损失产生于边界发生明显改生于边界发生明显改变的地方，使水流形变的地方，使水流形态发生了很大的变化态发生了很大的变化。其特点为能耗大、。其特点为能耗大、能耗集中而且主要为能耗集中而且主要为旋涡紊动损失。旋涡紊动损失。 第24页/共41页第二十五页，共41页。)(cos1222221QlAApAp21coszzl22AQ gzzpp)()(1222121gppzzgzpgzphm2)(222221212122222111gppzzgzpgzphm2)(222221212122222111第25页/共41页第二十六页，共41页。ggAAhm

8、22121121221ggAAhm221222222122211)1 (AA2122) 1(AAggghm2)()(22211222221021AA11第26页/共41页第二十七页，共41页。2121AAk2121AAk2121AAk2121AAk第27页/共41页第二十八页，共41页。12AAk第28页/共41页第二十九页，共41页。 与扩张角度与扩张角度(jiod)有关的系数，有关的系数， 、 分别为小直径管和大分别为小直径管和大直径管的沿程阻力系数，用上两式计算沿程损失时速度以大直径断直径管的沿程阻力系数，用上两式计算沿程损失时速度以大直径断面的速度面的速度 为准。为准。 k122第29

9、页/共41页第三十页，共41页。1215 .0AA21AA 5 . 0第30页/共41页第三十一页，共41页。8 . 05 . 004. 02 . 004. 02 . 004. 02 . 0第31页/共41页第三十二页，共41页。21AA渐渐 第32页/共41页第三十三页，共41页。第33页/共41页第三十四页，共41页。04.02.004. 02 . 0d/R第34页/共41页第三十五页，共41页。 第35页/共41页第三十六页，共41页。第36页/共41页第三十七页，共41页。 水从水箱水从水箱(shuxing)经水平圆管流出，开始为层流。在保持水位不变的条件经水平圆管流出，开始为层流。在

10、保持水位不变的条件 下下，改变水的温度，当水温由低向高增加时，出流量与水温的关系应为，改变水的温度，当水温由低向高增加时，出流量与水温的关系应为(a) 流量随水温的增高而增加；流量随水温的增高而增加；(b) 流量随水温增高而减小；流量随水温增高而减小；(c) 开始流量随水温增高而显著增加，当水温增高到某一值后，流量急剧减小，之开始流量随水温增高而显著增加，当水温增高到某一值后，流量急剧减小，之 后流量变化很小；后流量变化很小；(d) 开始流量随水温增高而显著减小，当水温增高到某一值后，流量急剧增加，之开始流量随水温增高而显著减小，当水温增高到某一值后，流量急剧增加，之后后 流量变化很小。流量变

11、化很小。 圆管内流动处于层流状态时，流动主要受流体的粘性圆管内流动处于层流状态时，流动主要受流体的粘性支配，提高水温支配，提高水温(相当于减小流体的粘度相当于减小流体的粘度) 流量急剧增加。流量急剧增加。随温度升高，流体粘度减小，相应随温度升高，流体粘度减小，相应(xingyng)的雷诺数增的雷诺数增大到临界时，流动由层流过渡到湍流。在湍流情况下，湍大到临界时，流动由层流过渡到湍流。在湍流情况下，湍流阻力流阻力 (附加阻力附加阻力)大于粘性阻力，因此流量在出现湍流时大于粘性阻力，因此流量在出现湍流时减小。之后再提高水温，粘性阻力虽然减小，但因湍流阻减小。之后再提高水温，粘性阻力虽然减小，但因湍流阻力起支配主要，流量增加甚微。力起支配主要，流量增加甚微。 (1839年年GHagen 所做的实验所做的实验)020406080tQ第37页/共41页第三十八页，共41页。 水箱中的水通过垂直管道向大气水箱中的水通过垂直管道向大气(dq)出流，设水水深为出流，设水水深为h， 管道直径管道直径 d，长，长度度 l，沿程阻力系数，沿程阻力系数 ， 局局 部部 阻力系数阻力系数 。Hlg