流体力学王保国等流体力学第五章课件教学.pptVIP

* * 4．湍流的速度结构、水力光滑管与水力粗糙管 湍流的速度分布大致可分为三个区：粘性底层，过渡区，湍流核心区，如图5.8， 图5.8 湍流的速度结构 粘性底层的厚度 并不固定，与 成反比，与管道摩擦因子（又称沿程损失系数） 有关， 的半经验公式为 （5.64） 引进 、 与 ，其中 为摩擦速度； 与 都是无量纲参量，表达式分别为 水力光滑壁面区的速度分布，通常可表示为 （5.68） 对于水力粗糙管，其速度分布为 （5.69） 根据尼古拉兹(Nikuradse)的实验，水力光滑管为 （5.70） 水力粗糙管为 （5.71） 5.4 管流的沿程压力损失和局部阻力损失 对于层流，则 （5.75） 对于湍流光滑管，则 （5.76） 或 （5.77） 式（5.77）常称为卡门-普朗特阻力系数公式。 另外，利用Blasius（布拉休斯）1/7次方速度分布律还可导出阻力系数公式， （5.78） 对于完全发展的湍流粗糙管，则有 （5.79） 或 （5.80） 尼古拉兹给出了 与 间的实验曲线如图5.10，可供查用。 图5.10 尼古拉兹实验曲线 5.5 管内粘性不可压缩流动的广义伯努利方程 对于理想不可压缩流体，在重力场中作定常流动时，选取微元流管，取截面1与截面2，由伯努利方程，有 （5.81） 对于实际流体，由于粘性的存在，流体在流动中将消耗掉部分机械能，所以沿流动方向总的机械能是逐渐减少的，总水头线呈下降趋势，如图5.12所示。 图5.12 微元流管与总流 令 表示单位质量流体沿微元流管从截面1到截面2所消耗的总机械能（又称为水头损失），于是对截面1与截面2列能量方程，便有 （5.82） 于是，通过截面1与截面2间总流的能量方程为 （5.83） （5.83）式便称为不可压缩粘性定常管流的广义伯努利方程，该方程仅适用于缓变流动问题 在线教务辅导网： 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 馋死 PPT研究院 POWERPOINT ACADEMY * 课件制作人：王保国教授、彭学敏硕士 北京理工大学宇航学院 高速气动热与人机工程中心 * * * * * * 说明 王保国（北京理工大学宇航学院）、刘淑艳（北京理工大学）、王新泉（中原工学院）、刘英学（上海海事大学）四位教授编著的《流体力学》随按少学时编写，但涵盖面十分广泛，既有不可压缩粘流，又有可压缩粘流；既有势流，又有漩涡流；既有亚声速流，又有超声速流；既有一元流动，又有二元流动问题。各位老师可根据本校情况酌情增减。 编者 2012年10月8日 * * * * * 本章主要内容 5.1 柯粘性流体的层流与湍流状态 5.2 圆管中的层流运动 5.3 圆管中的湍流运动 5.4 管流的沿程压力损失和局部阻力损失 5.5 管内粘性不可缩流动的广义伯努利方程 5.1 粘性流体的层流与湍流状态 1．壁面切向应力 考虑粘性时流体流经平板的速度剖面，如图 5.1(a)；不考虑粘性即理想流体时，如图5.1(b) （a）粘性流体 （b）理想流体 图5.1 平板表面的速度剖面 粘性流体存在切向力的作用，单位面积上的切向力称为切向应力 ，根据牛顿粘性定律有 （5-1） 2．层流与湍流 粘性流动有层流状态和湍流状态，其中，湍流是流体运动的主要形式。 1883年雷诺实验中观察到不同流动状态的流体，如图5.3，分别为层流状态、转捩状态、湍流状态。 图5.2 雷诺实验的示意图 图5.3 圆管内的流动状态 实验中发现雷诺数 ， （5-3） 用于判断流体的状态，对于管内流动， 时，为层流； 开始转变为湍