第七章 实际流体管内流动.pptVIP

本章学习要求： 1、掌握两种流态和雷诺数的概念及流态的判别方法； 2、了解圆管层流及湍流的运动规律、速度分布； 3、掌握管路沿程压强（水头）损失（特别是?）和局部 压强（水头）损失的计算方法（重点）。 因两季的 ? 不同，则 Re 不同，可能流态不同， 计算 ? 的方法亦不同。 冬季： 流动处于层流状态， 故： 夏季： 为湍流状态。 判断流动阻力区域： 且: 2300 Re 105 故： 或根据 ? / d 和 Re 查莫迪图：? ? 0.038 代入达西公式得： hl ? 22.5 m 小 结 实际流体与理想流体的不同之处在于实际流体具有 粘性，这在实际流体的伯努利方程中表现为能量（水头） 损失。 本章讲述管中流动的两种形态——层流和湍流；能 量（水头）损失的两种形式——沿程能量（水头）损失 和局部能量（水头）损失及其计算。 * 第7章 实际流体管内流动 §7-1 雷诺实验 一、层流和湍流（流体在管道中运动时的两种流 动状态） 层流 —— 流体质点无横向运动，互不混杂，层 次分明地沿管轴流动。 湍流 —— 流体质点具有无规则的横向脉动。引 起流层间流体质点的紊乱，相互混杂 的流动。 二、雷诺数（流态的判定） 临界雷诺数： Re?c = 13800 层?湍 （上） （金属圆管） Rec = 2320 湍?层 （下） 对于非圆截面管道： —— 水力直径 式中： —— 雷诺数 (无量纲） 式中：S —— 湿周，即过流断面的周界长度。 用下临界雷诺数判别流态（对于光滑金属管）： 当 Re Rec = 2300 层流 当 Re 2300 湍流 雷诺数的物理意义：流体运动时所受到的惯性 力与粘性力之比。 雷诺判据 §7-2 圆管中的层流 讨论层流状态下圆管过流断面上的速度分布、流量计算及沿程水头（压强）损失 hl (?pl)的计算。 一、过流断面上的速度分布 水平放置的等径直圆管内流体作定常层流。从中取出一轴心与管轴重合的微小圆柱流体，分析其在水平方向（x方向）上的受力。 质量力：只有重力，无此方向上的分力 表面力： (1)两端面上的压力： （p1 ? p2) ? r2 = ?p ? r2 由?Fx = 0 得： (2) 圆柱体侧表面上的粘性摩擦力 整理后可得： 对上式积分： 所以过流断面上的流速分布为： 由圆管边界条件：当 r = R时 v = 0 于是： 上式说明：圆管层流下过流断面上的流速随 半径 r 呈二次旋转抛物面分布。 最大流速发生在轴线处（即 r = 0 处） 故： 二、流量计算 用圆管内径表示： 　　 哈根 — 泊肃叶公式 上式反映了流量 q、压强差 ?p 与管径 d 的关系。同时也是工业上测定液体粘度的依据。 三、圆管层流的断面平均流速　　 将 v 和 v 的表达式代入 ? 及 ? 的计算式， 可得层流时： 　　 ? = 2 ，　? = 4/3 　　　　　　　　　　　　　　　　 四、沿程能量损失 １、管流中能量损失的类型 　　沿程能量损失——流（液）体在等径直圆管中流动时，沿流程克服摩擦阻力，使液体能量沿流动方向逐渐降低，造成的能量损失（可用沿程压强 损失 ?pl 或沿程 水头 损失 hl 表示）。 局部能量损失——流（液）体流动时克服过流断面突然改变等局部阻力造成的能量损失（同样可用局部 压强 损失 ?p? 或局部 水头 损失 h? 表示）。 2、沿程压强损失 ?pl 的计算 层流、湍流均适用 密度为 ? 的液体以速度 v