6粘性流体动力学基础探析.ppt

第六章 粘性流体动力学基础;§6.1 管路中流动阻力的成因及分类;二、流动阻力在工程计算上的分类;三、有效断面水力要素;4、相对粗糙度： 绝对粗糙度和管径的比值 5、湿周X： 是在过流截面上，流体与固体接触的长度(m)。 6、水力半径R： 水力半径R越大，流动阻力越小，反之亦然。 7、当量直径d当： 当一非圆形过流截面与某圆形过流截面的水力半径相等时，此圆断面直径称为该非圆过流截面的当量直径。 d当=4R;一、雷诺实验;;二、两种流态 1、层流：（laminar flow），亦称片流 液体中质点沿管道作直线运动而没有横向运动，即液体作分层流动，各层间的流体互不混杂。 特点： （1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 ;2、紊流: （turbulent flow），亦称湍流 液体中质点除沿管道轴线运动外，还有横向运动，呈现紊乱混杂状态。 特点： （1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。 （4）在流速较大且雷诺数较大时发生。 ;雷诺实验表明： ①、当流速大于上临界流速（层 紊）时为紊流；当流速小于下临界流速（紊 层）较稳定时为层流；当流速介于上、下临界流速之间时，可能是层流也可能是紊流，这与实验的起始状态、有无扰动等因素有关，不过实践证明，是紊流的可能性更多些。 ②、在相同的玻璃管径下用不同的液体进行实验，所测得的临界流速也不同，黏性大的液体临界流速也大；若用相同的液体在不同玻璃管径下进行试验，所测得的临界流速也不同，管径大的临界流速反而小。;三、流态的判断标准—雷诺数;2、临界雷诺数;【例题6-1】水管径d=100mm，流速v=0.5m/s，水的运动粘度 ，问管内水的流态？如果管中是油，流速不变，运动粘度 求管内油的流态？ 解：水的雷诺数 油的雷诺数：;;1、管路内层流通常发生在粘度较高或速度较低的情况下。 机械润滑系统 输油管道 2、斯托克斯公式：;分析推导：;;边界条件确定：;3、最大流速（即r=0时);5、平均流速;6、切应力;三、圆管层流水头损失 计算;折算压强;【例题1】油在管径d＝100mm、长度L＝16km的管道中流动。若管道水平放置，油的密度 ＝915kg／m3， ＝1.86×10－4 m2／s，求每小时通过50t油的阻力损失。 解：;;习题： 1、在圆管流中，层流的断面流速分布符合（ ）? A.均匀规律；?? B.直线变化规律；? C.抛物线规律；? ? D. 对数曲线规律。 2、?圆管层流，实测管轴线上流速为4m／s，则断面平均流速为（ ） 4m／s；??? B. 3.2m／s； ? C. 2m／s；??? D. 1m／s。;§6.5 紊流的理论分析;;圆柱后部发生的流动分离形成一对涡旋 猫眼;半球形固体的阻力;高尔夫球飞行中承受阻力;协和式飞机着陆时的流场; 涡体是在流体从层流状态发展到紊流状态过程中产生的一种形态结构。 ;紊流特点： （1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）运动要素脉动.;一、紊流脉动现象与时均速度; 在流场中的某一空间点如用高精度的热线热膜风速仪来测量流体质点的速度，则可发现速度是随时间而脉动的，如图所示。从图中可见紊流中某一点的瞬时速度随时间的变化极其紊乱，似乎无规律可循。但是在一段足够长; 紊流的瞬时流速、时均流速、脉动流速、断面平均流速有何联系和区别？ ;;; 同理，在一个较长的时间内，瞬时压强的时间平均值叫时均压强。可见，紊流实际上式不稳定流。但若从运动参数的时均值的角度出发，若紊流的运动参数的时均值不随时间变化，可以近似认为紊流属于稳定流。因此，可以将稳定流的基本规律应用到紊流中。;1、紊流的内部结构分析：;; 层流底层虽然很薄，但是它对紊流流动的能量损失以及流体与管壁之间的热交换起着重要的影响。例如层流底层的厚度越薄，换热就越强，流动阻力也越大。 任何管子由于材料、加工、使用条件和年限等影响，管道内壁总是凹凸不平，其管壁