第四章 1-4节课件.ppt

了解流体运动的基本描述及相关概念，了解一元流动模型； 掌握连续性方程、恒定元流能量方程、恒定总流能量方程、恒定气流能量方程、恒定流动量方程； 重点是能量方程的应用； 了解皮托测速管、文丘里流量计、孔板流量计工作原理和基本计算。 了解过流断面的压强分布、总水头线、测压管水头线、总压线和全压线等概念。 重点（要求熟练掌握的内容） 1．知道雷诺实验过程，了解层流与紊流流态的特点，熟练掌握流态判别标准。2．理解流动阻力的两种形式，掌握沿程损失和局部损失的计算方法。3．掌握水力半径、阻力（摩阻）流速和均匀流基本方程的计算方法。4．了解圆管中层流运动的流速分布，熟练掌握层流沿程损失的计算公式。5．知道圆管中紊流运动的流速分布的特征。6．理解尼古拉兹实验，了解莫迪图，掌握阻力系数的确定方法，会使用阻力系数计算公式解决工程问题。会计算非圆管的当量直径。7．掌握管道流动中局部阻力计算方法，知道局部阻力减阻措施。 湿周 二、局部阻力与局部损失 单位重量流体的局部损失称为局部水头损失，以 表示，单位体积流体的局部损失，又称为局部压强损失，以 表示 。 §4.2 层流与紊流、雷诺数 一、雷诺实验简介 1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。 §4.2 层流与紊流、雷诺数 雷 诺 试 验 1884年雷诺用实验揭示了实际液体运动存在的两种形态即层流和紊流的不同本质。 ?hf 与V的对数关系 当V从小变大,流态从层流变为湍流, 实验点落在曲线ABC上(红线所示) . 沿程损失与平均流速的幂次方成正比: hf ∝ Vn 取阻力系数λ ?湍流与层流 V从大变小,流态从紊流变为层流,实验点落在曲线CDA上 . 二、两种流态 雷诺数可理解为流动惯性力和粘滞力的量级之比 湿周 这就是为什么可用临界临界雷诺数去判别流动形态的原因 §4.3 圆管中的层流运动 均匀流动方程式 流束的受力平衡方程 由能量方程 同理 切应力的分布 紊流具有脉动的特性对工程影响很大： （1）能量损失加大 （2）使流速分布均匀化 （3）增加建筑物的瞬时荷载 （4）是固相（泥沙、粉尘）物质扩散、污染 、悬浮的动力。 衡量紊动程度的紊动强度 紊流附加切应力与普朗特的混合长度理论 在层流运动中 所以，紊流总切应力为 由脉动而产生的附加切应力 ，用普朗特的动混合长度理论来解决。 假设紊动体在横向脉动运移过程中，瞬时流速保持不变，因而动量也保持不变，脉动到新的流层后，动量发生突变，变得与新流层上原有液体质点具有的动量一致。根据动量原理可得 的表达式。 选择二度明渠恒定均匀紊流，如图 设想，在某一瞬间，原来位于 a处的液体以脉动速度u’y向上运动，穿过dAy，到达a’点。 单位时间一次横向脉动通过dAy的质量 由于 有二重性，在a 点时它是a点的时均流速，当其脉冲到a’点那一瞬间，对a’点来说它是瞬时流速。根据 得： 所以 在脉动过程中，紊动体保持着原来的纵向时均流速，向上移动，在到达新位置y后就较y处的时均流速 小，其差值为 普朗特将这种由于紊动交换而产生的时均流速差值视为纵向脉动流速，表示为： 由于 与 有一定比例关系，即 若令 如液体原来具有a点的纵向时均流速 ，其dt时段内的初瞬动量为 假定紊动体一次横过脉动过程中动量保持不变，脉动过程终止后，与当地涡体混掺，取得a’点的动量，则末瞬动量为 其动量增量为 由动量定理得： 因此 写成时均表达式 其中 在雷诺数较小、紊动较弱时 占主动位置，随雷诺数的增大，紊动加剧， 占逐渐加大，当雷诺数很大，紊动充分发展时， 占主要地位， 的影响可忽略。 假定在y+l处产生的紊动体具有纵向时均流速 ，向下移动，在到达新位置y后就较周围的时均流速大，其差值为 只有当促使涡体横向运动的的惯性作用超过了粘滞阻力才会产生涡体的混掺，形成紊流。 可见，形成紊流有两个条件： 涡体的形成 有足够大的雷诺数 当雷诺数小于临界雷诺数：粘滞力起主导作用，导致液体质点作线状运动，为层流。 当雷诺数大于临界雷诺数：惯性力起主导作用，导致涡体作无规则的随机运动（紊动），于是，流动就成为紊流。 层流底层和紊流核心 常规平板边界层流动示意图 作用于流束的外力 1、两端断面上的动水压 力：p1A?和p2A? 2、侧面上的动水压力， 垂直于流