气动基础管流阻和能损(M).ppt

经过大量的科学实验，发现粘性流体流动中存在着两种不同的流动状态： 一种状态是流体质点作有序的、有规则的运动。在这种运动中，流体质点的迹线互不交错，相邻两层之间没有无规则的脉动，流体是在作层状运动。这种流动称之为层流流动。 另一种流态是流体质点作毫无规则的混乱运动，各层流体作复杂的、无规则的和随机的非定常运动。在这种流动中，每个流动质点的迹线十分复 杂，流体各部分互相掺混，这种运动称为湍流流动(紊流流动)。 雷诺实验不但揭示了这两种流动状态，同时也揭示了不同流动状态下的流动损失机理。层流和湍流的流动损失机理有所不同。 在层流中，由于分子间的吸引力和分子无规则运动的动量交换产生粘性阻力，从而引起流动能量损失。 在湍流中，除了上述粘性阻力外，更主要的是由于大量流体质点的脉动运动，大量旋涡无规迁移引起动量交换所产生的阻力，从而引起流动能量损失。 也就是说，两者损失机理有所不同是由于运动流体的流动结构不同所造成的。因此，流动研究一定要分析确定其是紊流或是层流流动。 根据雷诺数的定义和物理意义可知，雷诺数越小，则惯性力相对于粘性力也越小，粘性力的作用也越大，因而流体能保持平稳的层流状态，能够消除流体发生紊乱的运动。 雷诺数越大，表明惯性力的作用成分加大，而惯性力是能够促使流体质点发生湍流运动的。 注意：在工程流体中，空气和水的粘度都不算大，因而在管内流动问题分析中，雷诺数按速度取平均速度、特征长度取管道直径（当量直径）来定义，这样管内流动问题的雷诺数通常在几千以上。 而对于高速运动的飞行器而言，按速度取飞行速度、特征长度取机翼平均弦长来计算雷诺数，其值可在千万以上。 2．局部损失 局部损失是在流动中因遇到局部障碍物而产生的流动局部损失。障碍作用可以是管道截面突然扩大或减小、流道突然弯曲、管道阀门和三通件等。 流体粘性摩擦作用及流体与局部障碍物之间发生剧烈碰撞而产生旋涡所消耗掉的流体机械能，称其为局部能量损失。常用水头损失hξ表示,即单位重量流体的局部损失水头与流体的动能成正比，可写为： 式中，ξ称为局部水头损失因数，它与雷诺数和管件几何形状等有关。 在各种工程设备和管道中，上述两种流动损失一般都会同时存在，即在管路系统中，既存在有直管，也存在有弯管和阀门等局部管件。因此，整个管路系统的流动机械能损失既包括沿程损失，又同时包括局部损失，故总的流动能量损失式为： 引入时均值概念给处理湍流流动带来很大方便,但其缺点是掩盖了湍流脉动运动的物理本质。因此，在分析诸如湍流流动阻力时，就必须考虑流体微团相互掺混进行动量交换的影响，即计算流体微团混杂运动引起的阻力，否则将引起较大偏差。 二维物体绕流阻力系数曲线 三维物体绕流阻力系数曲线 §4-5管中局部流阻和损失计算 　　边界层分离的同时，主流与静止流体之间会产生环状回流区，回流区与主流的分界面形成一个强剪切层，该层内的流体会产生漩涡，使分界面上发生质量、动量和能量的交换，流体总的能量通过分界面传递到回流区后被消耗，剪切层内形成的部分漩涡会进入主流并运动到下游逐渐衰灭。 §4-6 管路设计计算方法 在工程中，会涉及许多管路设计与计算问题。除了工程中的石油、化工、建筑、供暖和水利中的管路系统外，在航空、航天中诸如飞机滑油系统和发动机起动管路系统、飞机空调系统等都会遇到管路计算问题。 工程中所遇到的管路设计与计算问题是多种多样的，遇到的管件类型以及所涉及的物理量也很多。一般，管路设计与计算中所遇到的情况有三类。其中，管路流动能量损失计算是管路设计的关键，以单管计算为基础，为串、并联管路和管网计算奠定基础。 □已知管路布局、几何尺寸和管路系统允许的压 降，求通过的流量，即确定管路的输运能力。 □已知管路布局、几何尺寸和通过的流量，求流动 损失，即确定管路系统的压降。 □已知管路布局、通过的流量和允许的压力降，设 计确定管路的几何尺寸。 对于上述(1)和(3)两类问题，通常需要多次的迭代计算。 在管路设计之前，通常要进行经济核算。若设计管径大，则初期投资大，但流动损失小，所需动力设备小，经常运转的费用就小。 工程中需要定出经济的流速值，以根据输送流量定出合适管径。在水力机械中，经常用到管路特性曲线，即管路上能量损失与流量之间的函数关系。 一 串联管路的设计计算 串联管路—依次连接 二 并联管路的设计计算 并联管路—