流体力学 管中流动2jlx.pptVIP

* * 第四章 流动形态与水头损失 第一节 流体流动的两种形态——层流和紊流 雷诺实验（根据实验提出层流和紊流的概念） 1883年奧斯本?雷諾(Osborne Reynolds)所作的有名的实验。 实验过程： 打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到湍流的水力特征，待管中出现完全湍流后，再逐步关小调节阀，观察由湍流转变为层流的水力特征。 层流：流体质点的运动轨迹是有条不紊的，各流体层的质点互不混杂的流动。 紊流：流体质点的运动轨迹极为混乱的流动。 ★实验的结论：任何实际流体的流动都具有两种形态，层流和紊流。 第五章 管中流动 实验装置： 9 8 5 4 6 7 3 2 1 1．自循环供水器； 2．实验台； 3．可控硅无级调器； 4．恒压水箱； 5.有色指示水供给箱； 6．稳水孔板； 7．溢流板； 8.实验管道； 9．实验流量调节阀。 1、 缓慢地适当打开红水流量调节夹 ,即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况 2、 增大阀7 的开度，实验管道中的红水流束偏离管的中心线,或发生不同程度的左右摆动. 3、流量开得过大，引起实验管道中的水体紊动 。 ★实验的结论：任何实际流体的流动都具有两种形态，层流和紊流。 临界流速：通常把流动状态转化时，流过圆管过流截面的平均流速，称为临界流速。 ★实验表明，由层流转变为紊流时的临界流（上临界流速）大于由紊流转变为层流的临界流速（下临界流速）。 ★临界流速的大小与管径、流体密度、液体动力粘度有关 应用量纲分析法，将相关参数的相关性反映到无量纲数 ★雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态 。 在 1、任意流速的雷诺数表达式： 2、包含流量的雷诺数公式： 紊流和层流的判断标准： 紊流 =13800 层流 =2320 雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。 用圆管传输流体，计算雷诺数时，定型尺寸一般取管道直径(D)，则 用方形管传输流体，管道定型尺寸取当量直径(Dd)。当量直径等于水力半径的四倍。对于任意截面形状的管道，其水力半径等于管道戳面积与周长之比．所以长和宽分别为A和B 的矩形管道，其当量直径 对于任意截面形状管道 的当量直径，都可按截面积的四倍和截面周长之比计算，因此，雷诺数的计算公式为 实际流体的边界层 一、边界层的基本概念 边界层{附面层}：把紧临壁面流速明显改变的很薄流体层，称为边界层 雷诺数的大小只能影响边界层的厚度，即Re较小时，边界层较厚；Re较大时，边界层较薄。但不论Re的大小，边界层总是存在的。 根据实际流体流动承受粘滞切应力的不同，把实际流体的流动分为两个区域： 1）边界层以内的流动，由于速度梯度很大（），因而粘滞性作用使流体质点受到切应力； 2）边界层以外的流动，由于不存在速度梯度，可以忽略粘滞性作用，可视为理想流体的匀速流动。 边界层厚度的定义：从板面起沿外法线方向到流速处的距离，就是边界层的厚度，（delta）。 边界层的分离与漩涡现象 边界层分离现象：当流体沿着边界逐渐扩大区域流动或沿着边界突然变化区域流动时，流速的大小和方向均发生变化，往往迫使边界层内流体向边界层外扩散流动。这种现象称为边界层分析想象。 由于渐扩减速增压和边界层内摩擦阻力的双重影响，使流速很快降下来，流至C点速度降为零，流体无法流动，迫使流体脱离边界层。C点称为分离点或停滞点。 漩涡不断地被主流流体带走，同时又不断地卷进一些能量更大的流体，这样，部分机械能消耗于无用的摩擦而产生热量，致使漩涡区的压力降低，并增加了流动阻力。 流体边界层分离现象对水流阻力和水头损失均有重大影响. 流动阻力和水头损失 流动阻力：实际流体由于具有粘滞性，流动时流体与固体之间产生附着力，各流层之间产生内摩擦力，这些力统称为流动阻力。 水头损失：为了克服流动阻力，流体在流动中必然要消耗部分机械能，这部分能量损失，称为水头损失 水头损失一般包括沿程水头损失和局部水头损失。? 一、均匀流动与非均匀流动 均匀流体（定义）：流体沿流动方向其过流断面的形状、大小及相应点流速都不改变的流动。 两个基本特征：1