第7章 粘性流体动力学下.pptVIP

第1页，共20页，星期日，2025年，2月5日是对称张量,六个独立量。它源于湍流脉动引起的动量输运。因此，湍流应力是和平均流关联的。湍流运动方程组的封闭性：方程数：4个未知量：补充方程：湍流应力与平均速度之间的关系式——湍流模式。（6个）共10个 ——平均运动的粘性应力湍流应力Reynolds应力第2页，共20页，星期日，2025年，2月5日7.6Prandtl混合长度理论（半经验）基本思想：把湍流中微团的脉动与气体分子的运动相比拟。yxy1uu+δuu-δullvδAo层流：湍流：（微团脉动）平面平行定常湍流的摩擦剪应力：——混合长度（由假定及实验确定），湍流中。（分子运动）湍流粘性系数涡粘性系数第3页，共20页，星期日，2025年，2月5日7.7圆管内的（充分发展）湍流Ld湍流核心区过渡区层流底层eded(a)(b)7.7.1引言湍流：L=(25-50)d2.管内湍流结构——管壁的绝对粗糙度——相对粗糙度3．水力光滑与水力粗造“水力光滑管”：“水力粗糙管”：充分发展流层流：第4页，共20页，星期日，2025年，2月5日7.7.2圆管内的湍流速度分布(5个区域)1.层流底层:（y从壁面算起）（—壁面剪应力速度）记，无因次速度分布：2.过渡层：3.水力光滑管湍流核心区：Prandtl近壁假设：核心区ed第5页，共20页，星期日，2025年，2月5日对数定律：（Nikuradse实验）——水力光滑管亏损定律：指数定律：Blasuis1/7次方规律：根据比值测定管中最大流速求平均流速、流量。——水力光滑和水力粗糙管最大速度：平均速度：第6页，共20页，星期日，2025年，2月5日层流：抛物型湍流：指(对)数型（丰满）。Re愈大愈接近于平均速度。Nikuradse实验：k=0.4、c=8.5，得到Re2000Re=104Re=1064.水力粗糙管湍流核心区速度分布管流速度剖面ed第7页，共20页，星期日，2025年，2月5日7.7.3圆管中的摩擦阻力系数层流：解析解速度分布公式光滑管或粗糙管湍流：理论方法、经验或半径公式（实验）。五个区域——层流区、临界区、光滑管区、过渡区、完全湍流粗糙区。第8页，共20页，星期日，2025年，2月5日Nikuradse管流实验曲线：2.过渡区1.层流区流动不稳定，可能是层流，也可能是湍流。1次方阻力区人工粗糙度第9页，共20页，星期日，2025年，2月5日3.流水力光滑区（1/7次方规律）5.湍流粗糙管平方阻力区4.湍流粗糙管过渡区（经验公式）(Karman-Prandtl公式)（1.75次方阻力区）（与Re无关）第10页，共20页，星期日，2025年，2月5日Moody图：第11页，共20页，星期日，2025年，2月5日7.7.4非圆管中的摩擦阻力系数经验方法计算：把非圆截面管化为当量的等截面圆管。非圆截面管的当量直径以圆管计算或查Moody图得出非圆直管的阻力系数。流体与管壁接触的边界长度a×a矩形a×b矩形充液面积a×ba液面充满充满水力半径当量圆管第12页，共20页，星期日，2025年，2月5日7.8管路的计算工程管路：通常包括管道动力源（水泵、风机、轮机）各种部件（弯头、阀门、突缩结构、扩张结构和分叉等）。水池水泵22oz11三类问题：给定管路尺寸和流量，确定管路压降（损失），选择动力头；给定管路尺寸和压降（动力头），确定流量；根据给定的流量和压降，设计管路尺寸（管径）。第13页，共20页，星期日，2025年，2月5日局部损失（局部范围流动旋涡、转向或撞击引起）动力源的功率：1.能量方程轴线位置扬程流动损失2.流动损失沿程损失（管路粘性摩擦损失）—局部损失系数动能修正系数：水池水泵22oz11第14页，共20