第四章 流动损失 流体课件.pptVIP

第I区—层流区：Re2000 对6种K/d，损失系数l都集中在直线I上 与理论结果一样 第II区—层流向紊流过渡区：Re=2000～4000 此区域较小 工程中该区域内流动少 无合适计算公式 一般按第III区域公式计算 Re增加，l增加，试验点都集中在II上 第III区—光滑管区：4000Re80(d/K) 对6种K/d ，试验点都集中在曲线III上 当 K/d =0.0333， 80(d/K)=2400, Re=4000 当 K/d =0.000985， 80(d/K)=81218, 4000Re81218 为什么？ dl K 粗糙度 不起作用 例：断面面积A = 0.48m2的正方形管道，宽为高三倍的矩形管道和圆形管道， (1)分别求出它们的湿周长和水力半径； (2)正方形和矩形管道的当量直径。 解： (1) a)正方形管道： 二、流动损失分类： 为便于分析计算，根据流体运动边壁是否沿程变化，把能量损失分为两类： 1、沿程阻力，沿程损失： 均匀流：当流动截面大小、形状和方位沿流向都不改变时所呈现的平行直线流动。 沿程阻力：在均匀流中流体沿流程受到的摩擦阻力。 是所有流层之间相对滑动的内摩擦产生的。 沿程损失：在均匀流中，运动流体克服摩擦作功，引起的能量损失。 与流程长度成正比，所以也叫长度损失。沿程损失分布在整个管段，它使总水头和测压管水头沿程下降。 2、局部阻力，局部损失： 局部损失：局部阻力所引起流体能量损失。 局部阻力：非均匀流在局部区域内产生的阻力。 非均匀流：当流动截面大小、形状和方位沿流向有急剧改变时，如突扩、突缩、弯管等区域，流动截面上运动参数也随流程而急剧变化的流动。 第二节 流体在圆管中的层流流动 充分发展管流：流体进入圆管一段距离之后，大约在入口处xe=20d 之后的影响消失。 一、圆管截面上的速度分布： 假设：定常不可压层流 圆管水平放置 流动速度？ 取圆柱形流体：对称于管轴，半径r，长度l 对充分发展管流，沿x方向不同截面上，流速分布相同 V = ？ V = V(r) 流动截面为过流断面，为什么？ 在过流断面上，压强分布服从 水静力学规律 当忽略重力影响时，同一截面上各点压强相同 在圆柱体侧面，沿x方向作用的切向力：t2prl 流体在圆管中作层流流动时，截面上速度分布按抛物线规律变化。 平均速度： 二、沿程损失计算： 对1、2截面运用伯努利方程： —— 层流沿程损失系数 l增加，V增加，l增加， d减小，－ hw增加 例：圆管直径d=2cm，流速V=12cm/s ，水温t=10oC 。试求在管长l=20m上的沿程损失。 解：10oC时水的运动粘性系数 n=0.013cm2/s， 先判明流态 第三节 流体在圆管中的紊流流动 粘性流体运动：绝大部分为紊流 紊流运动很复杂：内在规律仍未解决 实验＋假设：研究紊流运动规律 － 半经验半理论结果 一、紊流的脉动现象与时均化： 这些迁移交换微团：不同尺度的旋涡 表明：流体微团有交换掺混 1、运动参数的脉动： 紊流特征：旋涡结构 紊流运动：旋涡迁移掺混的随机运动 精密测速仪测定流场中M点瞬时速度：随机变化曲线 运动参数的脉动（脉动现象）：在足够长时段T内，随机值具有围绕某一“平均值”而上下变动的现象 紊流脉动：各空间点的速度、压强等物理量，随时间围绕某一“平均值”作不规则变化的流动现象。 2、运动参数的时均值： 时均流速V：某点瞬时速度V在足够长时间段内的平均值 流速脉动－切应力、压强也产生脉动 如，对压强同样有： 对时均流动和脉动流动分别进行研究。 定常紊流流动：对时均流动，时均速度和时均压强不随时间而变的紊流流动。 有关定常流动规律，如连续方程、伯努利方程等都可用。 紊流脉动速度时均值：0 在工程上采用紊流度概念：表示紊流随机性质 —— 反映脉动量绝对值的平均大小 但紊流中还要考虑脉动影响 脉动－横向掺混－各流层间质量、动量、热量和悬浮含量的分布大大平均化 动量交换－紊流阻力大大增加 二、壁面紊流流动的结构： 壁面紊流：受到壁面限制的紊流，比如圆管内紊流流动及 绕物体的紊流流动，流动受到壁面很大限制。 自由紊流：没有壁面限制，自由发展的紊流。 壁面紊流存在三个区域： 1)层流底层(粘性底层)：紧贴固体壁面很薄的流体层。 由于离壁面很近，流体质点运动不容易混乱， 仍处于层流状态 2)过渡层：距壁面一些距离，壁面限制减小，流体作波状 流动 3)紊流核心区：过渡层再往外，紊流得到充分发展 由理论分析和实验结果，粘性底层厚度： 可见：V增加 － Re增加－ dl 减小