流体力学流动阻力和能量损失教学课件PPT

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1、流体力学§4.1沿程损失和局部损失§4.2层流与紊流、雷诺数§4.3圆管中的层流运动§4.4紊流运动的特征和紊流阻力§4.5尼古拉兹实验§4.6工业管道紊流阻力系数的计算公式§4.7非圆管的沿程损失§4.8管道流动的局部损失§4.9减小阻力的措施第四章流动阻力和能量损失单位重量流体的平均能量损失固体边壁速度梯度粘性流动阻力能量损失一、流动阻力和能量损失的分类2.局部阻力1.沿程阻力局部能量损失(局部水头损失)沿程能量损失(沿程水头损失)复习2.局部能量损失1.沿程能量损失发生在均匀流(缓变流)整个流程中的能量损失

2、，由流体的沿程摩擦阻力造成的损失。发生在流动状态急剧变化的急变流中的能量损失，即在管件附近的局部范围内主要由流体微团的碰撞、流体中产生的漩涡等造成的损失。复习二、能量损失的计算公式——单位重力流体的沿程能量损失——沿程损失系数——管道长度——管道内径——单位重力流体的动压头（速度水头）。1.沿程水头损失复习2、局部水头损失——单位重力流体的局部能量损失。——单位重力流体的动压头（速度水头）。——局部损失系数用压强损失表示:复习三、总能量损失整个管道的能量损失是分段计算出的能量损失的叠加。——总能量损失(水头损失)

3、。复习第二节　层流和紊流、雷诺数一、雷诺实验1883年英国物理学家雷诺在与图4-2类似的装置上进行了实验。试验时，水箱A内水位保持不变，阀门C用于调节流量．容器D内盛有容重与水相近的颜色水，经细管E流入玻璃管，阀门F用于控制颜色水流量。当管B内流速较小时，管内颜色水成一股细直的流束，这表明各液层间毫不相混。这种分层有规则的流动状态称为层流。当阀门F逐渐开大流速增加到某一临界流速时，颜色水出现摆动，继续增大流速，则颜色水迅速与周围清水相混，这表明液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混．这种流动状态称

4、为紊流。实验现象层流：着色流束为一条明晰细小的直线。表明整个流场呈一簇互相平行的流线，流动状态分层规则。紊流：着色流束迅速与周围流体相混，颜色扩散至整个玻璃管。表明流体质点作复杂的无规则的运动,各部分流体互相剧烈掺混。过渡状态：着色流束开始振荡摆动。表明流体质点的运动处于不稳定状态。层流紊流过渡状态§层流、紊流和雷诺数二、沿程损失与流动状态实验装置§层流、紊流和雷诺数实验结果结论：沿程损失与流动状态有关，故计算各种流体通道的沿程损失，必须首先判别流体的流动状态。层流：紊流：§层流、紊流和雷诺数三、流态的判别准则—

5、临界雷诺数1、实验发现2、临界流速——下临界流速（紊流过渡到层流状态下的流体速度）——上临界流速（层流过渡到紊流状态下的流体速度）层流：不稳定流：紊流：流动较稳定流动不稳定OhjvcrvDCBAv’cr§层流、紊流和雷诺数3、临界雷诺数层流：不稳定流：紊流：——下临界雷诺数——上临界雷诺数工程上常用的圆管临界雷诺数层流：紊流：雷诺数§层流、紊流和雷诺数例4.1水和油的运动粘度分别为和，若它们以v＝0.5m/s的流速在直径为d＝100mm的圆管中流动，试确定其流动形态；若使流动保持为层流，最大流速是多少？解:(1)

6、水的流动雷诺数所以流动为紊流流态。保持层流的最大流速是临界流速:(2)油的流动雷诺数所以流动为层流流态。油流动保持为层流的最大流速：§层流、紊流和雷诺数例4-2某低速风管道，直径d＝200mm，风速v＝3.0m/s，空气温度是30ºC。（1）试判断风道内气体的流态；（2）该风道的临界流速是多少？解:(1)查表得空气的运动粘滞系数管中流动雷诺数：所以流动为紊流流态。（2）风道的临界流速：§层流、紊流和雷诺数四、流态分析层流：滑动摩擦阻力规则流层紊流：滑动摩擦阻力，惯性阻力质点掺混碰撞大得多流体的流动状态是层流还是紊

7、流，对于流场的速度分布、产生阻力的方式和大小，以及对传热传质过程和动量传递规律等都各不相同，所以在研究这些问题之前，首先需要判别流体的流动是属于哪一种状态。§层流、紊流和雷诺数[惯性力]=[m][a][粘性力]雷诺数物理意义：雷诺数反映了惯性力和粘性力的对比关系。因此可用来判别流态。当Re较小时粘性力作用大，对质点运动起约束作用，流体质点表现为有秩序互补掺混的层流状态。当Re>Recr时，惯性力起主导作用，粘性力控制减弱，不足以控制和约束外界扰动，惯性力将微小扰动不断扩大，形成紊流。§层流、紊流和雷诺数粘性流体在

8、圆管中紊流流动时，紧贴固体壁面有一层很薄的流体，受壁面的限制，脉动运动几乎完全消失，粘滞起主导作用，基本保持着层流状态，这一薄层称为粘性底层。圆管中紊流的区划:2.紊流充分发展的中心区1.粘性底层区3.由粘性底层区到紊流充分发展的中心区的过渡区粘性底层:五、流动空间分布特征粘性层流底层、过渡区和紊流核心区§层流、紊流和雷诺数本节作业习题4.3习题4.5