第六章粘性流体的一维定.pptVIP

2．“光滑管”和“粗糙管”从式（6-33）可知，层流底层的厚度随着的减小而增厚，当时，则管壁的粗糙凸出的高度完全被层流底层所掩盖，如图6-16(a)所示。这时管壁粗糙度对流动不起任何影响，液体好象在完全光滑的管道中流动一样。这种情况下的管道称为“水力光滑”管，简称为“光滑管”。当时，即管壁的粗糙凸出部分突出到紊流区中，如图6-16(b)所示。当流体流过凸出部分时，在凸出部分后面将引起旋涡，增加了能量损失，管壁粗糙度将对紊流流动发生影响。这种情况下的管道称为“水力粗糙”管，简称“粗糙管”。在这里需要说明的是，对同一绝对粗糙度的管道，当流速较低时，其层流底层厚度可能大于，当流速较高时，其层流底层厚度可能小于，因此同一根管道，在不同的流速下，可能是光滑管也可能是粗糙管。第61页，共121页，星期日，2025年，2月5日图6-16水力光滑和水力粗糙（a）“光滑管”；（b）“粗糙管”第62页，共121页，星期日，2025年，2月5日四、圆管中紊流有效截面上的切应力分布和速度分布1．切应力分布紊流在半径的管内流动，轴向时均速度为，切向应力在管长为的管段上产生的能量损失，即压强损失。若用管壁上的切向应力来计算，则(6-35)如果在二个有效截面之间取半径为（）的流管，则流管表面上切应力可表示为(6-36)第63页，共121页，星期日，2025年，2月5日因此，在有效截面上的切应力分布为(6-37)上式说明，紊流切向应力分布也与层流一样，与管半径的一次方成比例，为直线关系，在处切应力为零，如图6-17所示，从图中可以看出，层流(a)的与紊流(b)的是不同的，两者的斜率不一样。在紊流中切应力是指摩擦切应力和附加切应力，这两种切应力在层流底层和紊流核心所占比例不一样，在层流底层中，摩擦切应力占主要地位，在紊流核心中附加切应力占主要地位，根据对光滑管紊流实验，如图6-17(b)中的斜线部分为摩擦切应力，在处附加切应力最大，当摩擦切应力占主要，而在范围内，摩擦切应力几乎为零，是以附加切应力为主的紊流核心区。第64页，共121页，星期日，2025年，2月5日图6-17切应力分布（a）层流；（b）紊流第65页，共121页，星期日，2025年，2月5日2．速度分布在层流底层（）中的切向应力为所以令，由于它具有速度的量纲，故称其为切应力速度，则有或(6-38)由此可知，层流底层中的速度是按直线规律分布的。第66页，共121页，星期日，2025年，2月5日在紊流区（）中假定切应力不变，令（为管壁上的切向应力），则常数或(6-39)由式（6-39）可得积分得(6-40)式中的积分常数可根据层流底层与紊流区交界处（）的速度相等的条件来确定，即或（6-41）