流体在管路中的流动.pptVIP

旋涡受升力而升降，产生横向运动，引起流体层之间的混掺涡体二.脉动现象和时均化的概念1、脉动：2、时均化：紊流中，流体质点经过空间某一固定点时，速度、压力等总是随时间变化的，而且毫无规律，这种现象称为脉动现象。对某点的长时间观察发现，尽管每一时刻速度等参数的大小和方向都在变化，但它都是围绕某一个平均值上下波动。于是流体质点的瞬时值就可以看成是这个平均值与脉动值之和。时均参数不随时间改变的紊流流动称为准定常流动或时均定常流时均速度：瞬时速度在时间周期T内的平均值脉动速度：三、紊流中的切向应力由于流体的黏性，各相邻流层之间时均速度不同，从而产生的摩擦切向应力由于流体有横向脉动速度，流体质点互相掺混，发生碰撞，引起动量交换，从而产生的附加切应力1.摩擦切向应力摩擦切向应力可由牛顿内摩擦定律式求得紊流中的切向应力是由摩擦切向应力和附加切应力两部分组成2．附加切向应力图5-9紊流时均速度分布假设紊流中的总切向应力等于层流底层的厚度在紊流水流中通常只有十分之几毫米。层流底层的厚度可由下列两个半经验公式计算管道中mm(19)紊流结构1—层流底层；2—过渡区；3—紊流核心式中—管道直径，mm；—沿程阻力系数四、紊流结构、“光滑管”和“粗糙管”1．紊流结构分析圆管中的紊流区划：层流底层，过渡区与紊流核心管壁粗糙凸出部分的平均高度称为管壁的绝对粗糙度把与管内径的比值称为管壁的相对粗糙度。2．“光滑管”和“粗糙管”5-11水力光滑和水力粗糙（a）“光滑管”；（b）“粗糙管”注意水力光滑面和粗糙面并非完全取决于固体边界表面本身是光滑还是粗糙，而必须依据粘性底层和绝对粗糙度两者的相对大小来确定，即使同一固体边壁，在某一雷诺数下是光滑面，而在另一雷诺数下是粗糙面。五、圆管中紊流有效截面上的速度分布1.层流底层的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，则有或层流底层中的速度是按直线规律分布的。（20）2.湍流区的速度分布在紊流区（）中假定切应力不变，令（为管壁上的切向应力），则或积分（21）六、紊流流动中沿程损失的计算紊流光滑管紊流粗糙管尼古拉茨用几种相对粗糙不同的人工均匀粗糙管进行实验；通过改变速度，从而改变雷诺数，测出沿程阻力，计算出沿程阻力系数。5.7沿程阻力系数的实验研究一、尼古拉茨实验其中壁面粗糙中影响沿程阻力的具体因素也不少，如粗糙的突起高度、粗糙的形状、粗糙的疏密和排列等．１、人工均匀粗糙３、尼古拉茨实验图的分析２、实验１）层流区——实验点集中在直线ab上２）层流向紊流的过渡区——实验点集中在bc区间内,无具体计算式3）水力光滑区——实验点集中在直线cd上一、速度分布(5)5.4圆管中流体的层流积分在管壁上，，则表明在有效截面上各点的流速u与点所在的半径r成二次抛物线关系，如右图所示。在r=0的管轴上，流速达到最大值：(6)二、流量及平均流速现求圆管中层流的流量：取半径r处厚度为d的一个微小环形面积，每秒通过这环形面积的流量为图5-6圆管中层流的速度分布由通过圆管有效截面上的流量为(7)该定律说明：圆管中流体作层流流动时，流量与单位长度的压强降和管半径的四次方成正比。哈根-普索勒（Hagen-Poiseuille）流量