第10章--粘性流体的一元管流.ppt

1、1、伯努利方程，应用条件：无粘性，稳态，不可压缩，只有重力作用，沿流线成立。 实际流体的管路修正计算必须用粘性流体管路修正计算的基本方程式或称为粘性流体的伯努利方程式的形式来记述。 (10-1 )、10-1管路修正计算的基本方程式、2，hw :单位重量流体在12个截面间受到的能量损失、水头损失、动能修正系数(=12 )在实际的修正计算中，将=1.0，称为单位重量流体的粘性流体伯努利方程式的应用条件：4，在实际的管路中， 水头损失可分为两类：1、沿路损失hf :沿水流方向，由于单位重量流体和管壁之间的摩擦、流体之间的内摩擦而损失的能量。 2 .局部损失hj :由于流路的变化(方向、过流截面积)而

2、产生多馀的能量损失。 中的组合图层性质变更选项。 一般来说，直径不同的区段的边缘损失不同。水头损失分类，5，例如突扩、突缩、渐增、渐减等弯头或部分配件(阀门、量水表等)。 局部阻力的产生原因：由于流路的变化，在水流中产生大量的涡流，涡流消耗能量(转换为热能逃逸到流体中)，减少流体的总机械能。6、水头损失的修正公式：边缘损失系数，被称为7，常见的局部装置的局部损失系数如表(10-3)所示。 8、英国物理学家雷诺通过实验发现了流动层流和湍流两种流态。 两种流态动画再生，10-2流体的流动状态，9，层流：流体质点分层清晰，各层互不干扰，有序地有一层流动，因此红色液体可以继续在一层内流动，不会沾染其他

3、层。 这种流动被称为“层流”。 上临界Re:与实验条件和初始状态有关。 临界Re达到13800。 下临界Re:实验表明，无论流体的性质、管路如何变化，临界Re总是稳定在2300左右。 暂态： Re值处于层流和湍流之间，流动不稳定，Re范围小。 10、上临界Re值不稳定，以工程上下临界Re为判别基准，过渡状态为湍流。 11、粘性大的油液流，例如轴承润滑油膜流、低速水流、人体毛细血管和主动脉血流等情况下呈现层流的Re2000是层流。 求出圆管内层流的基本问题：速度分布和沿路损耗，等径水平管内的稳态层流流动：由粘性流体的伯努利方程式，有： 10-3圆管内层流运动，12，压力水位差=2段之间的沿路水位

4、损耗，由于该脱离体的加速度为零，因此在其上使用的4、14、15，平均流速：圆管内层流的平均与达西公式相比，d 2，17，实际流动多为湍流，不限于管流，例如海洋环流、大气环流、航空和造船工程中的流动现象等多为湍流状态。 流体质点在运动中相互混合激烈，其物理量随时间空间随机变化。 一、对湍流基本理论、湍流的原因和内部结构等几个最基本的物理本质的认识迄今尚不清楚。10-4湍流流动及其特点、18、湍流研究：本节内容：应用湍流现象的基本概念湍流半经验理论、概率分布方法研究其统一规律，重点解决建立普遍适用湍流理论的工程实际问题，并对某一流动现象提出半经验理论。 19，20，湍流形成的简要描述：发展为旋转的

5、旋涡体，21，运用现代先进的流速测量技术和流场显示技术研究发现湍流存在伪序结构。拟序结构(相干结构): 触发时间和位置是一个不确定序列的大尺度运动，触发时在一个特定序列中发展为特定的运动状态。 22、相干结构表明湍流场中存在小尺度结构的不规则运动和一些有序的大尺度运动。 湍流随着连续性方程的约束，高Re下为三维运动，(1)湍流的不规则性，流动物理量是随着空间和时间随机脉动，通常用统一校正平均方法表示流体运动的物理量。 (2)湍流的扩散性，二，湍流的特征，二十三，维持涡体运动消耗能量，粘性剪应力不断地将动能转化为流体内消散。 (3)能量耗散性，时间平均法：流场中的任意一点瞬时速度：脉动速度，湍流

6、场中涡体混入过程中运动量，能量(热)和质量的交换增加，必然伴有传质、传热及传动量。 24、曲线积分面积和所围矩形面积相等：其他流动残奥表可以写成时平均残奥表和脉动残奥表之和：如压力：皮特管、压力校正、液柱等测得的时平均，在一些研究中，研究湍流剪切应力时考虑到脉动会引起附加剪切应力研究粉尘扩散规律、结构风振、风洞试验结果等。 25、湍流度：测量气流“脉动程度”大小的残奥表，(1023 ) :旧式风洞： 1.75新式风洞： 0.2。 位于800米高度的自由大气： 0.03。 由于风洞湍流程度对阻力和边界层试验影响较大，因此尽量降低湍流程度，使其接近天然气流湍流程度。26、(1)湍流附加剪应力、设备

7、混合长度理论、粘性剪应力的原因、层流液体：分子间的凝聚力作用气体：流层间的不规则运动的动量交换。 湍流层流的情况下也存在粘性引起的剪切应力，流体微块间的运动量交换引起的附加剪切应力。 三、湍流半径检测理论，27， x方向脉动速度： y方向脉动速度，工厂混合长度理论，28，工厂假设之一，工厂假设之二，混合长度：在流体微组运动中，与其他微组碰撞可达到的平均距离。 (从分子运动的平均自由程考虑)、29、设备假想的3、y方向脉动速度与x方向脉动速度成正比：(10-25 )、30、点先后，两个微块以相对速度2分开，上下的流体必须以横向脉动速度接近层。 31、如果点在先：两微组以相对速度2相互靠近，两点之

8、间的流体必须以速度从层向上和向下离开。 因此，的大小必然相同，即(10-25 )式成立。 32、层与层的动量交换：将2层的邻接面积设为d、横脉动速度、秒钟，若m的质量从层d面入射到层，则引起层方向的动量变化为：该动量变化对层施加的切向力：33、由动量交换引起邻接流层，35、(2)湍流近壁特征、壁面剪切湍流时的平均近壁极薄的流层内的流动保持层流状态，该薄层也称为层流底层(或粘性底层)。 近壁特征3360、36，湍流流动可分为三个部分：层流底层的厚度是剪应力速度(摩擦阻力速度)、37，过渡层内：粘性剪应力和湍流附加剪应力都不能忽视，总剪应力是：充分发展的湍流积分上式是平滑壁面近壁上的湍流(10-3

9、6 )，40，湍流速度分布：1 .对数曲线分布规律，(10-38 )，对数规律特征：轴心趋向平均，符合管壁近旁速度实际情况。如果有0，就不能使用上式。 其实是0点0分。10-5直圆管内湍流流动、41、42、2 .指数曲线分布规律、(1039 )、指数：根据雷诺数而变化、表10-5、43、1 .速度分布的差、2 .参照剪应力。 管道内的流动被称为“水力粗糙度”，这个管道被称为“粗糙度管道”。 45、雷诺数Re增加，层流基底层厚度变薄。 同一管道在不同的雷诺数下可能“水力平滑”或“水力粗糙”。 推荐层流底层厚度的半径检查式：管径、沿路阻力系数、46、管路沿路阻力修正算式(达西式)中，如何确定沿路阻

10、力系数是本节的内容。 一、尼古拉斯实验人工粗管沿道阻力实验，同大小颗粒砂附着在管壁上，进行不同磨粒尺度、不同管径系列实验。 测试的雷诺数范围为Re50010，得到实验曲线(，)、10-6沿路电阻系数47，48，1 .层流区：Re2000，转变区：2000Re3160，层不会随湍流转变，经验公式：因此，49，适用范围： 3160 在该区域中，电阻系数与Re无关，Re自动满足相似性，因此也被称为自组件区。 在一些模型实验中，如果用类似基准修正的速度比对应于自模型Re的速度高，则用自模型Re进行实验。 自型Re :电阻系数不是与Re的变化对应的雷诺数，而是根据物体的不同而值不同。 52、二、示范图新

11、工业管道沿线阻力试验，直接使用示范图找到方便，53、局部损耗修正公式：(10-49 )，一些常用的局部损耗系数可参照表103，水力学手册也可查找。10-7局部阻力，54，管路分为简单管路和复杂管路，简单管路：管径不变的管路，管路修正的任务(分为3种):1.d，l，q，求：水头损失hw，2，56，10-1，从给水加热器到水泵的一级，一，船舶锅炉给水管路问题： 57，解：基准线，列00和截面的伯努利方程式，考虑到沿路损耗和局部损耗，代入、伯努利方程式，如果不知道、58、2.d、p1，则重复进行修正直到2和1接近为止。 求出已知的：p1、l、P0、h为： d，解：同样可以反转管径式，类似问题2用“逐次近似法”的方法进行修正。 61、例10-2、例10-2、管路连水泵、船舶舱底排水问题(求出水泵所需要的功率)，从基准面到22截面的高度是从吸水管L :00到泵管长、直径d压水管L2:从泵到22的管长、直径d局部电阻：闸门62、解：以污水水面为基准面00，列02截面的伯努利方程式：63、泵的功率，提高每单位重量的流体的高度，泵给予每单位重量的流体的能量，64、例10.3、例10.3的水泵取水装置的最大流量是多少？ 解：从排水井液面到水泵入口的柏努利方程式、66、进而从排