流体力学课件三

流体运动阻力与损失

流动阻力的两种类型

粘性流体的两种流态

圆管中的层流运动

紊流运动

圆管紊流的沿程损失

非圆管中的流动

局部阻力及损失的计算

绕流运动流动阻力的两种类型hw（pw）——流体粘性引起1.沿程阻力——沿程损失(长度损失、摩擦损失)达西-魏斯巴赫公式λ——沿程阻力系数2.局部阻力——局部损失ζ——局部阻力系数3.总能量损失4.用水头线表示粘性流体的两种流态1.雷诺实验（1883年）（a）层流（b）临界状态（c）紊流下临界流速vc——临界流速上临界流速vc’请看雷诺实验动画演示2.分析雷诺实验层流紊流ab段层流ef段紊流be段临界状态结论：流态不同，沿程损失规律不同3.雷诺数Rec——临界雷诺数（2000左右）Re=vd/υ——雷诺数（无量纲）Re<Rec层流Re>Rec紊流（包括层流向紊流的临界区2000~4000）结论：用雷诺数判断流态4.用量纲分析说明雷诺数的物理意义惯性力与粘性力作用之比——判断流态圆管中的层流运动1.沿程损失与切应力的关系列1-1和2-2断面的能量方程流动为均匀流，惯性力为零，列平衡方程2.断面流速分布牛顿内摩擦定律又积分（a）——旋转抛物面（b）平均速度（c）层流动能修正系数层流动量修正系数——测量圆管层流平均速度的方法3.沿程损失系数又比较注意：v↑→λ↓，但hf∝v↑4.例：应用细管式粘度计测油的粘度，细管d=6mm，l=2m，Q=77cm3/s，水银压差计读值h=30cm，水银密度ρm=13600kg/m3，油的密度ρ=900kg/m3，求油的运动粘度υ解：设为层流解得运动粘度校核流态计算成立紊流运动1.紊流的微观分析涡体的产生2.攀紊流过运动迷的时魔均化脉动宫性（1今）瞬馅时速恨度u（2案）时础均速找度（3秤）脉张动速骂度u’（4药）断疫面平情均速劲度vb.现脉动佳流动寇——（附多加切管应力真、惯乞性切荒应力副、雷灶诺切妇应力塘）c.畅切应区力Re比数较杂小时韵，存占主层导地静位Re箩数很危大时些，4.悟混合营长度悦理论疯——短的计销算普朗扁特混除合长尺度理旱论的丑要点劝（假既设）（1率）流体押质点享因脉可动横违向位边移l1到达取新的牢空间担点，扯才同虾周围申点发畅生动玩量交冶换，贯失去刻原有旅特征屠，l1称混墨合长松度（2趴）亦称消为混忧合长刚度雷诺扛数越栗大，耳紊流尚越剧漠烈，τ~τ25.同紊流丧的速乱度分叉布规久律紊流（β是实防验确猾定的归常数忌，称沃卡门董常数β≈0鞋.4海）积分纺得——泥普朗珠特-洽卡门对数分布责规律6.秃紊流滨流动寄结构期图圆管珍紊流菌的沿奔程损际失k——菌绝对男粗糙铸度k/d——淘相对姿粗糙折度1.疗尼古得拉兹残实验（1钻93帮3-崭19圣34末）（1爽）实旧验曲奏线人工缠粗糙默（尼蚀古拉稠兹粗少糙）（2凯）λ变化收规律吗——趴层流丑底层狂的变申化2.独紊流婆沿程结损失盗系数（1抵）紊棚流光注滑区尼古奴拉兹夸光滑接区公闹式经验婆公式落：布竖拉修貌斯公污式（2假）紊慕流粗普糙区尼古汁拉兹昼粗糙意区公份式经验糊公式掀：希哪弗林优松公榴式（3驼）紊利流过帐渡区a.健工业纤管道当量静粗糙练度ke——取和工栗业管确道粗棋糙区判值相抹等的垦同直辜径的蹄尼古诉拉兹稿粗糙欣管的典粗糙挥度常用益工业延管道渴的ke管道材料ke(mm)管道材料ke(mm)新氯乙烯管0~0.002镀锌钢管0.15铅管、铜管、玻璃管0.01新铸铁管0.15~0.5钢管0.046钢板制风管0.15涂沥青铸铁管0.12混凝土管0.3~3.0b.号莫迪丧图c.摸柯列馅勃洛耍克公网式经验枯公式贪：希淡弗林铸松公男式3.例：陷给水域管长事30冲m，剥直径d=7斯5m庸m，斥材料煌为新添铸铁淘管，赚流量Q=7也.2凝5L率/s芬，水突温t=1呜0℃砍，求中该管棉段的薪沿程化水头慕损失解：水温t=1姑0℃屋时，正水的业运动峰粘度υ=1架.3情1×佛10-6m2/s当量桑粗糙沙度ke=0罩.2谷5m侄m，ke/d=0管.0沙03由R塌e、ke/d查莫榜迪图迈，得λ=0荒.0介28或由浪公式揪，得λ=0驰.0撞28非圆灯管中掏的流君动1.淋水力冤半径Rχ——俊湿周圆管岗的水和力半粮径边长茅分别筝为a和b的矩滤形断聚面水哈力半霞径2.霞当量戴直径de圆管瞧的当卫量直转径de=4R=d矩形排断面暑的当序量直洪径适用亡范围绢：（1磁）紊疼流；（2扒）断潮面与肉圆管睡不可午差异拖太大3.阶例：圆环滋外径r1、内樱径r2（1渡）水讲力半筝径（2信）当蛛量直于径局部叙阻力递及损竿失的梯计算1.摘局部颈阻力赢产生黑的原扇因阻力票流线省演示2.防几种膨常见夹的局厘部损奶失系吓数（1妨）突舌然扩类大列1兆-1距和2邻-2们断面抛的能淋量方郊程列动永量方题程由连森续性模方程或注意夺：ζ1→v1；ζ2→v2特例姐：ζ=1鸣——庭管道莲的出炊口损旷失系妥数（2全）突毛然缩雹小特例任：ζ=0相.5赶——班管道而的入转口损黎失系种数ζ→v2（3强）渐忘扩管当α≤2援0°毛，k=s游inαζ——筝公式芒、图计表α=5圣°~哪8°亏，ζ最小（4抢）渐身缩管α——蔑收缩络角n=砖A2/A1——费收缩遗面积舍比ζ→v1（5驱）弯敬管二次耀流→滨螺旋财运动影响饼长度煎——高50定倍管孝径减小镜弯管研转角θ、增瞒大R/d或设沸置导贵流叶片扬，减百小二仗次流（6斧）三售通ζ——谣图表水力惯计算险时，船只考猴虑支司管（澡阻力程大）3.遥局部应阻碍蝇之间店的相直互干产扰两个膊局部沸阻碍菠之间如间距响大于3倍管登径，毅，挪且安养全4.孙减阻缎措施a.刚物理b.露化学舱：添痒加少重量的列减阻员剂绕所流蚂运喜动绕流柔、流孝场分莲布、搬物体守受力1.候边界吊层的篇概念腰（19蚂04年普绪朗特狸提出志）两类牺不同轿性质坡的流构动：（1扁）物尿体边舅界附辫近薄蜡层由蕉于粘皱性力狠作用营，有裙很大舟的速用度梯那度du/dy——爷边界蒙层（裙附面扒层）糖；（2途）边扫界层途以外睬的流忙动，榨粘性民力作怪用不蜂计—侮—理扒想流拴体无讲旋流粉动（揉势流黄）2.且平板越上的刃边界多层δ——欺边界御层厚协度（鞋99机%u0处）边界臂层的阳特点介：a.因很薄椒（mm级）圆；b.颈随着开沿平陷板流努动的绢深入暗，边疼界层巾厚度摸增加匆；c.瓣流态升转变朵的临岔界雷嫌诺数d.或3.墨内流易的边哑界层δ=r0管道晨进口嗽段—休—进包口至δ=r0处，产50幕~1姜00至倍d→进归口的切局部对损失边界绞层分跌离，沫形成凡旋涡4.挎曲面路边界棋层及种边界艺层分皆离现蛮象分析端点喷Ａ：u=0寸（驻心点、认滞止亡点）压强锯最大B→桨C：伟增速警减压促进怎流动C→呼S：须减速删增压S：婶分离灯点u=0负（驻虏点、改滞止响点）S→粘E：苏尾流尤区圆柱闸后部夺发生旱的流絮动分丸离形盯成一尊对旋非涡—轮—“梦猫眼什”这是践从静疼止开础始的绞运动翻初期捡边界搬层的全发展速度漠增大欧，分桶离点贷前移压差角阻力桃（形滚状阻撑力）阵：迎涌面驻傻点压蒜强与掉尾流岂区压脖强之睛差，声它取谈决于礼分离宇点的雄位置令和尾杠流区伐的大谈小减小醒绕流轧阻力减小软压差员阻力流线织型物豪体5.柱绕流资阻力摩擦少阻力宾、压满差阻桐力薄平裤板—绸—摩能擦阻孩力有尖族锐边议缘（碍薄圆呀盘）睬——轿压差肢阻力曲面手物体有（圆己球）认——纠既有骡摩擦赛阻力塌又有扛压差婆阻力（1也）公捉式A——羡特征疫面积对摩高擦阻候力，A是接窝触平眨面；碧对压绩差阻香力，A是垂刘直于愤来流允方向筑的投社影面西积（2休）绕堡流阻辉力系缎数Cda.羊薄平刻板Cd~Cdf层流棒：紊流膝：混合突边界扯层：b.胳曲面拖物体阻力茄系数侨随R赴e数柏而变婚化，济分6虹个区枯域Re<1蠕动，无分离，摩擦阻力D∝v11≤Re≤500Re>60——卡门涡街，摩擦阻力、压差阻力，D∝v1.5阻力混系数爪随R钱e数企而变扰化，兽分6因个区玩域500≤Re≤2×105分离严重，压差阻力，D∝v22×105≤Re≤5×105分离区缩小，Cd跌落Re≥5×105分离点又向前移，Cd回升Re>3×106Cd与Re无关圆球曲线尸基本适与圆输柱体沟一致Re培<1驰斯遵托克稳斯公们式与闯比较与圆究管层虏流λ=6壤4/浑Re举相似悦，故称机理俊一样贪，如甘尘埃诸、雾卵滴或查薄图c.励有尖把锐边接缘的冬物体膛：薄竭圆盘Cd~CdfRe灭>1悲03，只哀有压扭差阻玩力，遣分离滔点固惧定在团圆盘坚边线显上，Cd为一赴常数d.疮例：一盒蜜形拖轰车，细宽b=2太.5被m，盯高h=3睡m，仰长a=1解0.裂5m崖，该将拖车狡在空器气（ρ=1恒.2烟4k箱g/歌m3，υ=0别.1蜘4c脸m2/s头）中县以v0=2坝7m报/s锤速度俊行驶椒，求弯拖车栽两边丧和顶摸部的答摩擦痒阻力控；若允拖车嘱的阻芝力系闸数CD=0范.4易5，队求作袋用在旅拖车歪上的朋压差搬阻力解：缴拖车谣尾端诊处Re当R味e=清2×107且v0较大平，可轻认为答从前葛缘起欠，边米界层冰全部迁是紊检流摩擦俱阻力总阻盟力压差稿阻力6.裙卡门盈涡街Re贼>6绑0，裤旋涡猴交替正脱落唤，形航成