流体力学第二版(刘鹤年主编)第五章要点.ppt

流 体 力 学 基 础 第五章 层流、紊流及其能量损失 沿程水头损失hf、局部水头损失hj §5.1 层流与紊流的概念 §5.2 均匀流的沿程损失 §5.3 圆管中的层流流动 §5.4 紊流流动的特征 §5.5 紊流的沿程损失 §5.6 紊流的断面流速分布 §5.7 流动的局部损失 §5.1 层流与紊流的概念 雷诺实验 沿程损失hf和平均流速v的关系 层流：m=1，hf ~ V1 流态的判别——雷诺数 雷诺数 雷诺数可理解为水流惯性力和粘滞力之比 惯性力 ma 湿周 紊流的成因 §5.2 均匀流的沿程损失 沿程损失与切应力的关系 作用于流束的外力 （1）两端断面上的动水 压力为p1A? 和p2A? （2）侧面上的动水压力， 垂直于流速 （3）侧面上的切力 流束的受力平衡方程 由能量方程 同理 切应力的分布 沿程损失的通用公式 达西——魏斯巴赫公式 §5.3 圆管中的层流流动 断面流速分布特征 （一）断面流速分布 由边界条件 （二）流量 （三）断面平均流速 （四）动能校正系数和动量校正系数 沿程损失与沿程阻力系数 §5.4 紊流流动的特征 紊流运动的随机性  紊流运动的模化方法 脉动值的时均值为零 均方根值 流场的一些基本概念在紊流中的适用性 在时均意义上，有关流线、流管、均匀流、非均匀流、恒定流和非恒定流等概念对紊流均适用。 紊流流动的近壁特征 粘性底层 过渡层 紊流核心区 定义摩阻流速 定义近壁区的雷诺数 流道壁面的类型 §5.5 紊流的沿程损失 尼古拉兹试验 层流区 层流转变 为紊流的 过渡区 紊流光滑 区 紊流过渡 粗糙区 紊流粗糙 区 层流 定义粗糙雷诺数 管流的沿程损失 明渠流的沿程损失 曼宁公式 §5.6 紊流的断面流速分布 紊动切应力 雷诺应力分析 液体质量 混合长度假说 圆管紊流的断面流速分布 §5.7 流动的局部损失 突扩圆管的局部损失分析 局部损失系数 5-8 边界层与物体绕流 外流：物体绕流的流场位于物体的外部。 5.8.1 平板边界层 边界层厚度：取 处作为边界层外缘 将 称之。 平板X处的当地雷诺数： 流场分为，边界层区的粘性流动和边界层外部的主流区的无粘流动； 大多数绕流的Re值都较大， 都很小，仅为mm量级； 边界层沿程分三个区段：层流边界层，过渡区，紊流边界层； 当层流转变成紊流后，壁面切应力通常要增加数倍； 临界雷诺数 外流的紊流边界层区，平板边界层由壁面向外分为粘性层，缓冲层和流核区； 5.7.2 圆管进口的边界层发展 5.7.3 边界层分离和压差阻力 紊流的光滑面、过渡粗糙面和粗糙面 绝对粗糙度 相对粗糙度 紊流光滑区 紊流过渡粗糙区 紊流粗糙区 紊流光滑区 紊流过渡粗糙区 紊流粗糙区 紊流光滑区 紊流过渡粗糙区 紊流粗糙区 谢才公式 引起当地动量变化 根据动量定理 假设 波达公式 流体力学 均匀流 紊流：m=1.75~2，hf ~ V1.75~2 临界雷诺数 明渠中的雷诺数 粘滞力 量纲为 量纲为 水力半径 对管流 水力半径 （4）重力 时 u = 0 对圆管层流 瞬时流速，时均流速，脉动流速 紊动强度