流体力学放映6章幻灯片.pptVIP

一、粘性底层、光滑壁面、粗糙壁面 1、粘性底层 —— 在湍流流动中，紧靠固体边壁的一层极薄的流层。 特点： 1 流动近似层流； 2 时均流速为线性分布； 3 紊流附加切应力可忽略。 2、光滑壁面 （1）绝对粗糙度△ ——粗糙凸出固体壁面的平均高度。 （2）相对粗糙度 ——绝对粗糙度与过流断面上某一特性 几何尺寸的比值。 （3）光滑度 —— 相对粗糙度的倒数。 （4）光滑壁面（水力光滑管、湍流光滑管） ——粘性底层厚度大于粗糙凸出的高度， 壁面粗糙对流动阻力、能量损失不起 作用，似光滑壁面。 3、粗糙壁面 ——粘性底层不足以掩盖粗糙厚度粗 糙对湍流流动有影响。 湍流核心 △ 粘性底层 过渡层 δ0 粗糙壁面 光滑壁面 §6—6 紊流沿程损失计算 任务： 确定紊流流动中λ的值。 可由实验、综合得出经验公式。 一、尼古拉兹实验 1、实验方法： （1）选择一组不同相对粗糙度的人工粗糙管。 λ= f ( Re ， △/d ) （2）实验装置： hf l （3）具体实验内容： 对不同相对糙度的管路，分别测得一系列 Q， hf ，t， L ，d 。 1 计算： 2 做 Re～λ曲线（如图） lg (100λ) lg (100λ) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ r0/ks 大 小 2、实验分析 （据λ的变化特征分为五个区）： （1）层流区（Ⅰ区）： Re 2000，λ=f(Re ) （2）层流→湍流过渡区（Ⅱ区） 2000 Re 4000 ， λ=f(Re ) 此区极窄， 无实际意义。 （3）湍流光滑管区（Ⅲ区）： Re 2000， λ=f(Re ) （4）湍流光滑管→湍流粗糙管过度区（Ⅳ区）： λ=f(Re ，ks /d ) （5）湍流粗糙管区、阻力平方区（Ⅴ区）： λ=f(ks /d ) lg (100λ) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ r0/ks 大 小 3、λ计算 （1）相关公式 （2）图表 莫迪图 6—17 半经验半理论公式（6—33）光滑管区 （6—34）粗糙管区 二、速度分布 1、紊流光滑管区 3、紊流光滑管→紊流粗糙管过度区 2、紊流粗糙管区、阻力平方区 式6—30 上两式综合 式6—31 三、沿程阻力系数经验公式 1、经验公式 布拉修斯公式： 希弗林松公式： 式6—39 式6—40 2、谢才公式 通常用于明渠均匀流。 所以有： （1）曼宁公式： （2）巴甫洛夫公式： 适用于阻力平方区 3、谢才系数 §6—7 局部损失 局部损失与沿程损失一样，不同的流态所 遵循的规律也不同。 层流区： hj∝ v 湍流区： hj∝ v 2 目前能用理论公式推导出的只有突然扩大的局部损失计算，其它计算均由实验而得。因大多数的流动为紊流，故在此只研究紊流时的局部损失计算。 一、局部损失分析 突扩 1、损失产生的部位： 三通 非均匀流段（如固体边壁发生突变、流 体流向发生改变等）。 2、损失产生的原因 ： 流体中有旋涡产生。 （1）当固体边壁发生突变时，流体由于存在惯性，不 能随边壁发生突变，故在主流与边壁之间形成大 量的旋涡，加剧湍流的脉动，这是引起损失的主 要原因。另外旋涡区的涡体不断被带向下游，又 加剧了下游一定范围内的能量损失，而旋涡区不 断产生新的涡体，其能量来自主流，从而又不断 消耗主流的能量。 在管道弯曲段所产生的与主流方向正交的流动。 二次流—— （2）二次流也是损失产生的原因。 二次流使 局部损失 进一步加 剧。 H E G F E H 由于受离心力作用，E 点压强增加；H 点压强减少。 E 处： p↗ ； H 处：p↘ 。 两侧壁G 、F 压强不变。 （1）突变处的局部损失； （2）下游一定影响范围内的局部损失。 ——局部阻碍在下游一定范围内的 影响距离。 影响长度 3、局部损失的构成： g v h j 2 2 z = 二、局部损失计算公式 ζ=f ( Re ,△/d ，断面改变 )， 可由实验得到或 查相关表格。 三、几种典型的局部损失计算 1、突扩管路局部损失计算: g v g v A A h j 2 2 ) 1 ( 2 1 1 2 1 2 2 1 z = - = g v g v A A h j 2 2 ) 1 ( 2 2 2 2 2 2 1 2 z = - =