流体力学第五章简(安徽工业大学)PPT.pptVIP

第五章 管中流动; 改变流动速度，如果管中流体沿轴向直线流动，流体质点没有横向运动、不互相混杂，则为层流； 如果管中流体扩散，流体质点有剧烈的相互混杂，轴向、横向均有不规则脉动，则为湍流。;一、临界速度与雷诺数; 雷诺实验测得上、下临界雷诺数为 可据此判断： 时，管中流动状态是层流。 时，管中流动状态是湍流。 时，层流、湍流都可能，湍流居多。 ; 二、层流湍流形成原因简析 雷诺数 代表惯性力与粘性力之比。 较小时，支配流动的主导因素是粘性力，方向与流动方向相同或相反，流体质点不会偏离，形成层流。 较大超过临界值时，惯性力成为主导因素，粘性力对质点束缚降低，质点容易偏离原来方向，形成无规则脉动，形成湍流。; §5-2 圆管中的定常不可压缩层流（自学）  包括层流的速度、流量、切应力、动能与动量修正系数、沿程损失、层流起始段等表达式和概念。 ;§5-3 圆管中的湍流（紊流）（自学） 三、管中湍流的分布 由于摩擦及分子力影响，靠近管壁区域是层流，称粘性底层，一般不足1mm； 远离管壁的管中大部分区域，粘性影响减弱，称湍流核心； 在粘性底层和湍流核心之间为过渡层。; 管道分类： 将粘性底层厚度 与管壁绝对粗糙度 比较 时，管壁粗糙度对湍流核心几乎没有影响，称为水力光滑管； 时，管壁粗糙度加剧湍乱程度，增大能量损失，称为水力粗糙管； 时，过渡状态。 注意与几何光滑管、几何粗糙管区别。;§5-4 管路中的沿程阻力; 实验结果的曲线分为五个区域： ; Ⅰ.层流区 Re2320时，所有管路的试验点均分布在直线Ⅰ上，方程 此区域 不同不影响 。 根据达西公式（p230式4-44） 水头损失 与速度成正比。; Ⅱ.临界区 2320Re4000时，层流开始转变为湍流，不稳定临界状态，试验点分布在曲线Ⅱ附近。 随 增大。 采用扎依钦科经验公式; Ⅲ.光滑管湍流区 时，试验点分布在直线Ⅲ上。 大的管路离开直线时的Re较小，小者离开时的Re大。采用半经验公式 也可根据Re范围采用布拉 休斯公式或尼古拉兹经验公式。; Ⅳ.过渡区 时，各种管道试验点均脱离直线Ⅲ，构成曲线Ⅳ，是管壁粗糙度影响的结果。 采用柯列布茹克公式 或简化形式的阿里特苏里公式; Ⅴ.粗糙管湍流区 ，即超过虚线后，进入粗糙管湍流区Ⅴ。 每种 的试验点都分布在水平直线上，雷诺数变化不影响 值， 是决定 值的唯一因素。该区雷诺数对流动特性、力学性能失去影响，称为自动模型区。 采用尼姑拉兹粗糙管式 ;;五个阻力区范围及计算公式表; 二、莫迪图 除可用上表公式计算 ，亦可用莫迪图查得。 根据雷诺数Re和相对粗糙度 ，查得 ，判断所在阻力区。 常用管材 数值可查表5-5。 ; 三、管道沿程阻力计算 (1)先用经验或半经验公式求出 ，再代入 (2)先根据经验假定阻力区，计算 ，然后检查假定正确性。 经验：水管、气流多为粗糙管湍流，油管多为光滑管湍流； 小者多为层流或光滑管湍流，大者多为粗糙管湍流 。;§5-5 管路中的局部阻力; 对于等径管路，只有一个局部阻力系数 ； 两种直径管路，则有两个 注意： 、 要与前、后速度水头相对应。;一、常用的局部阻力系数 1.突然扩大 根据包达定理，P189式3-120; 2.逐渐扩大 仍可采用包达定理表示 系数k可查图5-28。 3.突然缩小 查表5-8， 与 有关。; 4.逐渐缩小 查图5-31。 5.管道的进、出口 管道出口1看成突然扩大， 由式5-62 管道入口2看成突然缩小， 由表5-8;6.弯管与折管 由于流动惯性，内侧流线分离形成涡旋区损失， 由式5-66，5-67计算