流体力学-lecture11-层流紊流3(1次课).pptxVIP

?5-1 层流与紊流的概念?5-2 均匀流的沿程损失?5-3 圆管中的层流流动?5-4 紊流流动的特征?5-5 紊流的沿程损失?5-6 流动的局部损失?5-7 边界层与绕流阻力本讲内容?流动的局部损失一、常见局部阻力§5-6层流紊流及能量损失：局部损失突扩流动突缩流动直角弯道与钝角弯道流动分叉流动§5-6层流紊流及能量损失：局部损失二、局部损失产生的原因和特点根本原因在于流体的粘性和流道的局部突变！强剪切层+流动分离流动结构的特点局部流道变化的小范围转化成脉动能的不可逆性除圆管的突扩损失外，目前尚难以通过机理分析来定量地确定局部损失的规律§5-6层流紊流及能量损失：局部损失局部损失的大小与流态有关局部损失系数 与流道边壁的几何特征有关；也取决于雷诺数Re的大小三、局部损失与局部损失系数V——特征断面的平均流速 ——局部损失系数，根据实验测定从实用观点来看，流动受到局部干扰后会较早地进入阻力平方区。在实际计算时，可以认为在Re1×104的条件下 与雷诺数Re无关§5-6层流紊流及能量损失：局部损失包达定理局部阻力系数 特例！ 四、几种常用的局部损失系数1．圆管突然扩大注意：计算时选用的阻力系数应与流速头相对应！§5-6层流紊流及能量损失：局部损失2．逐渐扩大 k为经验系数 当扩张角 时，阻力最小。 为最佳扩张角。吉布松实验§5-6层流紊流及能量损失：局部损失A2/A10.010.10.20.30.40.50.60.70.80.91Cc0.6180.6240.6320.6430.6590.6180.7120.7550.8310.8921.00ζ0.4900.4690.4310.3780.3430.2980.2570.2120.1610.0700 流线进入小管时，形成一个过流断面最小的收缩断面，其面积为突然缩小的局部阻力系数 与Cc的关系特例！ 3．突然缩小 §5-6层流紊流及能量损失：局部损失4．逐渐缩小 这种管道不会出现流线脱离壁面的问题，因此其阻力的主要成分是沿程摩擦，一般消防管出口、水力采煤器的出口等均采用 的收缩角，其阻力系数常取为0.04 §5-6层流紊流及能量损失：局部损失5．管道的进出口?? 管道与大容器相连接时的管道进出口 §5-6层流紊流及能量损失：局部损失6．弯管与折管 90弯管的局部阻力0.10.20.30.40.50.60.70.80910.1320.1380.1580.2060.2940.440.6610.9771.4081.978折管的局部阻力20406080901001101201301600.0460.1390.3640.7410.9851.261.561.8612.152.431§5-6层流紊流及能量损失：局部损失90°三通 ?? ?? ?? ?? ??0.11.31.3345°三通 ?? ?? ?? ?? ??0.150.050.537．三通接头 §5-6层流紊流及能量损失：局部损失开度%102030405060708090全开闸板阀ζ60156.53.21.81.10.600.300.180.1截止阀ζ8524127.55.74.84.44.14.03.98．闸板阀与截止阀 §5-6层流紊流及能量损失：局部损失五、局部损失的叠加局部阻力系数是在不受其他阻力干扰的孤立条件下测定的；若几个局部区域互相靠近，则与孤立的测定值可能不同。水头损失的叠加原则 实际情况中，在计算一条管道上的总水头（压强、能量）损失时，只能将管道上的所有沿程损失与局部损失按算术加法求和计算。§5-6层流紊流及能量损失：局部损失例题： 如图所示直径d=500mm的引水管从上游水库引水至下游水库，管道倾斜段的倾角θ=30°，弯头a和b均为折管，引水流量Q=0.4m3/s，上游水库水深h1=3.0m，过流断面宽度B1=5.0m，下游水库水深h2=2.0m，过流断面宽度B2=3.0m。求引水管进口、出口、弯头a和b处损失的水头。§5-6层流紊流及能量损失：局部损失§5-6层流紊流及能量损失：局部损失§5-6层流紊流及能量损失：局部损失问题的提出大雷诺数流动的惯性作用远大于粘性作用，类似于理想流体的流动，绕流阻力应该相当，但实际上二者相差甚远。为什么？普朗特的边界层理论§5-7层流紊流及能量损失：边界层流动与绕流阻力绕流流动一：尾部为钝体绕流流动二：尾部为球体绕流流动二：流线体逆流和顺流§5-7层流紊流及能量损失：边界层流动与绕流阻力边界内雷诺数无滑移条件沿固体壁面存在较大的法向梯度边界内的粘性不能忽略边界内的名义厚度转捩数边界层概念壁面流动有如下特点§5-7层流紊流及能量损失：边界层流动与绕流阻力钝形体流线体边界层分离是产生绕流阻力的主要原因（a）（b）：顺压梯度和较小的逆压梯度（c）（d）：顺压