流体力学第五章管流损失与阻力计算.ppt

第五章 管流损失和水力计算;主要内容;式中沿程损失系数：（达西—魏斯巴赫公式）;在急变流中，由于流体微团碰撞或漩涡产生的能量损失，其大小与部件的形状和相对大小有关。 单位重力流体局部能量损失： ;5.2 粘性流体的流动状态 层流，紊流（湍流）;雷诺实验 层流管流 湍流管流;临界雷诺数（直圆管）;层流 m=1 湍流 m=1.75~2.0;由实验所得的可知，当 vvcr时，即层流时，hf与v的一次方成正比；当 时，即紊流时，hf与vn成正比。n值与管壁粗糙度有关：对于管壁非常光滑的管道n=1.75；对于管壁粗糙的管道n=2。所以紊流中的压头损失比层流中的要大。;5.3 管道入口段中的流动 ;层流-湍流边界层;管道入口段：边界层相交以前的管段。（入口段内速度分布不断变化，非均匀流） 层流入口段长度：; 5.4 圆管中粘性流体的层流流动 ;的圆柱体的力平衡方程：;可见，粘性流体在圆管中作层流流动时，流速分布为旋转抛物面;圆管中流量为;动能修正系数;沿程阻力损失;例5-1 内径20mm的倾斜放置圆管，流过密度815.7kg/m3、粘度0.04Pa.s的流体，已知截面1处压强为9.806×104Pa，截面2处压强为19.612×104Pa，试确定流体的流动方向、流量和雷诺数。;故流体由截面2流向截面1，假设为层流状态，则流量：;湍流形成过程;紊流流动特征：表征流体流动的速度、压强在随时变化。;类似的，在紊流流动中，流体的压强也处于脉动状态。 为了研究的方便，通常用流动参数的时均值来描述和研究流体的紊流流动。;流体切应力=粘性切应力+湍流切应力;在层流中;湍流应力具有与分子粘性应力相类似的形式。;(1) 和 具有相同的数量级;类似于分子的平均自由行程， 紊流流体微团有一个“混合长度” 。 如图，对于某一给定的y点， 和 的流体微团各以时间间隔 dt到达y点，在此之前，保持原来的时均速度 和 不变；一旦达到y点，就与该处原流体微 团发生碰撞而产生动量交换。 ;混合长理论物理概念上的不合理之处： （1）分子运动与宏观运动之间不存在动量、能量交换，湍流微团脉动却与时均流动之间存在着这种交换。 （2）在连续介质模型基础上，微团不可能在自由地运动了一个“混合长”的距离后才与其他微团碰撞。;圆管中紊流的速度分布 管流中心部分的速度分布比较均匀；靠近固体壁面的地方，脉动受到壁面的限制，粘滞力使流速急剧下降，形成了中心较平坦而近壁面速度梯度较大的分布。;粘性底层到紊流充分发展区之间为过渡区。; e — 绝对粗糙度 e /d—相对粗糙度 δe —水力光滑管（图a) δe —水力粗糙管 (图b）;俱目佩出赃励芦摧捍私谐俏巷了厢充姿递狼拴罕军暖贺掣冗乙暖储赔惠档流体力学第五章管流损失与阻力计算流体力学第五章管流损失与阻力计算;四、圆管中紊流的速度分布;定义;2. 湍流核心区的速度分布;积分;-- 卡门常数;盆萎宜姓蜗蘑貉织茬探口杯寂烈庐仍苏钻琵蓖楷抽淤山疡藏空银誊刑盎弛流体力学第五章管流损失与阻力计算流体力学第五章管流损失与阻力计算;计算光滑管紊流速度还可以用一个更方便的指数方程;假设;五、圆管中紊流的沿程损失;→;根据实验数据对系数进行修正后，得到;二、水力粗糙管的沿程阻力系数;理论(theory);尼古拉兹对不同直径不同流量的管流（人工粗糙管）进行了实验，实验范围：;1.层流区（Re 2320） (一次方阻力区，管壁的相对粗糙度对沿程损失系数没有影响) ;紊流光滑管区;5. 紊流粗糙管区;莫迪图（Moody）;利用Moody图进行管内水力计算;1.先求出Re数, 判断管内流动状态;;1.因流速未知,所以无法事先求出Re数,不能直接求解,宜采用试凑法;;1.因管径D未知, Re数和相对粗糙度ε/D都是未知的,不能直接求解,宜采用试凑法;;例5-2 已知通过直径200mm、长300m、绝对粗糙度0.4mm的铸铁管的油的体积流量为1000m3/h，运动粘度 ，试求能量损失 。;沿程损失问题：已知沿程损失和流量求管径;选λ1=0.03 ;由ε/ d = 0.2 / 102 = 0.00196，查穆迪图得λ2 ≈0.024 ;关键是当量直径的计算 当量直径：4倍过水截面A与湿周x之比。 充满流体的矩形管道： 充满流体的圆环形管道： 充满流体的管束： ;典型非圆形管道的截面;流体在非圆形管道中流动的雷诺数 流体在非圆形管道中的沿程