6粘性流体管内流.doc

第六章粘性流体管内流动§§§§§§§、重点及难点如下:基本要求:熟悉雷诺实验,掌握层流、紊流流动特点及二者判据;掌握粘性流体总流Bernoulli方程适用条件及应用,流体在圆管内层流流动与紊流流动特点、区别;掌握尼古拉兹实验;掌握管道水力计算。重点:粘性流体总流Bernoulli方程适用条件及应用、掌握尼古拉兹实验、管道水力计算。难点:流体紊流流动特点、规律,管道水力计算。引言不可压缩粘性流体内流研究方法数值法实验入口段与充分发展段剖析法层流管道流渠道流流动特点分类湍流速度分布流动阻力沿程损失局部损失不可压缩流可压缩流C5流体机械D2内流湍流模型混合长理论N-:层流与紊流流动状态不同,产生阻力方式及阻力大小就不同,因为流动机构不同,将导致附面层性质,流速分布不同,从而阻力不同,英国物理学家雷诺于1883年发表实验成果:指出:⒈自然界中流体流动有两种不同流态:层流与紊流;⒉测定了流动损失与这两种流动状态关系。、结果图解说明::水面高度不变2玻璃管:水流为稳定流3阀门:调节管中水流速度4颜色水箱:装有与水重度相同有色液体5细管6量筒实验步骤:微开阀们3:现象:呈现一层一层分层流动状态,流体只有轴向运动无横向运动,各层间互不干扰→层流再开大阀们:现象:流动不仅有轴向运动,也有横向运动成波浪形,层流状态已被破坏,有动量交换趋势→过渡扩大阀门:现象:层流完全破坏,流体呈现出不规则紊乱碰撞→紊流。:上临界速度:随着速度增大,水流由层流过度到紊流时速度;下临界速度:随着流速降低,水流由紊流又转为层流流速;实验表明:。判断层流,紊流状态:紊流层流过渡雷诺数•Re如何引入:临界速度随着流体与流体流过管径变化,雷诺通过大量实验发现:不同管径d,不同流体物性()流体在时组成无因次数群:圆管中临界雷诺数:=2300(or2000)下临界Re=13800上临界Re当Re<时,流动为层流,否则为紊流。雷诺通过实验知:下临界雷诺数为一定值,而上临界雷诺数与实验遇到外界扰动有关。所以一般以下临界雷诺数判别流态,即Re<2300时,管中是层流;Re>2300时,管中是紊流;Re=2300时,管中是临界流。•任意截面管道中临界雷诺数Re物理意义:反映是Re=惯性力/粘性力比值。结论:粘性力起主导作用时为层流,如紊流中层流底层。惯性力起主导作用时为紊流。层流定义:沿流动方向上质点无垂直横向随机脉动,流体分层运动流动状态。紊流定义:其流动结构特点与层流不同,流体质点作大尺度运动外,还在各个方向做微小范围内随机脉动。:流体由于粘性,层与层之间,层与固壁间产生摩擦切应力,阻碍流体流动,形成阻力叫流动阻力。能量损失(阻力损失):为维持流体流动,需要克服阻力而消耗能量叫能量损失。过程有可能克服摩擦阻力,还可能克服弯道,阀门等阻力。分两类:①沿程阻力:克服沿程阻力消耗能量为沿程阻力损失;②局部阻力:克服局部阻力消耗能量为局部阻力损失。1、沿程损失与沿程阻力定义:是在管截面不变直管段(缓变流),由于流体粘性以及管壁粗糙度使得流体与管壁以及流体之间存在摩擦力,沿程阻碍流体流动称为沿程阻力,克服沿程阻力而消耗损失称为沿程损失。表示形式:单位重量流体沿程损失→沿程水头损失,m液柱单位体积立体沿程损失→沿程压降损失,N/m2。式中——沿程阻力系数,影响因素•公式形式及值确定:层流:与无关(理论计算)紊流:实验测定。2、局部阻力与局部损失•定义:当流体流过阀门,折管,弯头,三通阀,变截面管件等管配件时,由于流径这些局部区域,流速大小与方向被剧烈变化而发生碰撞;旋涡等现象,由于粘性作用质点间进行剧烈摩擦与动量交换,阻碍流体流动,局部地区(发生急变流)而产生阻力成为局部阻力。克服局部自立消耗能量为局部损失。•表示形式:单位重量流体局部阻力损失→局部水头损失;单位体积流体局部阻力损失→局部压降损失。影响:及大小完全取决于局部变形;确定:大小值针对不同管件,由实验确定3、沿程损失与平均流速关系(流量)K——系数m——指数层流、紊流:K、m不同,使hf相差很大。实验如下:在雷诺实验玻璃管之上:⑴层流:时,m=1与成正比;⑵紊流:时,m=~2结论:流体流动状态质变,引起沿程能量损失量变,故计算粘性流体在管道中沿程损失须先判断其流动状态。。在应用总流伯努利方程进行管路水力计算时