管道中的流动和孔口流出.PDFVIP

第四章 管道中的流动和孔口流出 第一节 流体运动的两种状态 管道流动是工程常见的现象，如：水在输水管中的流动，油在输油管中 的流动，气体在输气管中的流动。管内的流动非常复杂，主要问题是流动的 阻力，在不同的流态条件下，流动阻力相差甚大，遵守不同的规律，必须弄 清流动状态。 雷诺试验： 孔板 水 位 挡 阀门 板 出 进 现象：在速度较低的情况下，有色流线呈直线形，与周围的液体不混合 层流流动状态 在速度上升到一定值后，色线破坏，呈现出不定常的随机性质湍 流流动状态 从层流 湍流，平均流速 称上临界速度Vc，； 湍流 层流，平均流速 称下临界速度 Vc 。 Vc ＜Vc， 判别管内流动状态： 1） 当管中流速V ＜Vc 时，一定是层流状态； 2 ） 当管中流速V ＞Vc，时，一定是紊（湍）流状态； 3 ） 当Vc ＜V ＜Vc，时，处于过渡区。 Vc 与那些因素有关： 流态性质：Vc ∝ν（运动粘性系数） 当ν （越粘的流体），Vc 是大还是小？ 流通截面的几何形状：Vc ∝（1/d）（d 圆管的直径）。 （即直径 d 越大的管道，Vc 越小。因为小管子，流体受管壁的 限制大些，质点不易散乱。） 也就是说： 粘性大的流体流动时，摩擦阻力也大，流体质点的混乱运动要难；管壁 是限制流体混乱运动自由的，当流通截面越小，限制作用越大，因而流体质 1 点的运动不易混乱。 ν ν V ∝ 比例常数Rec ，∴V Re c d c c d V d ∴ Re c （下临界雷诺数） c ν Rec——无量纲常数，已被实验证实，用雷诺数判别流动的状态。 当 Re ＜Rec 层流 Re ＞Rec， 紊流 Rec ＜Re ＜Rec， 过渡状态 在不同的条件下，流体质点的运动情况可表现为两种不同的状态，一种 是流体质点作有规则的运动，在运动过程中质点之间互不混杂，互不干扰， 即层流运动；另一种是流体质点的运动非常混乱，即紊流流动。 用 Re 数的大小来判断流体的流动状态。在圆管中： vd ρvd Re 或Re （4-1 ） ν μ 由实验可知，对光滑圆管的流动，临界ReRe数 2300 。在实际计 c 算中，当ReRe 时，按层流计算；当ReRe ,按湍流计算。 c c 雷诺数的一般形式为： vL Re （4-2 ） ν 式中：L为定性尺度。对平板来说是长度L ，对球体是直径D ，对圆管 也是直径d，对任意形状截面是当量直径de 。 4A d