管流流动2009

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1、重庆科技学院教案用纸第8次课课题：管流流动（2学时）一、本课的基本要求1．掌握层流、紊流概念、雷诺数的表达式及物理意义。2．了解阻力的概念及计算通式。3．掌握圆管层流摩阻计算方法。二、本课的重点、难点重点：流体的流动状态。难点：圆管层流摩阻。三、作业习题P523-10四、教参及教具《动量、热量、质量传输原理》高家锐主编重庆大学出版社图3-1图3-2图3-3第3章管流流动3.1流体的流动状态1．两种流动状态层流：所有流体质点只作沿同一方向的直线运动，无横向运动。如国庆大阅兵。紊流：流体质点作复杂的无规则运动（湍流）。如自由市场。从层流到紊流之间，一般称为过渡状

2、态。实验观察：图3-1P41Þ有利于紊流的形成。在实验的基础上，雷诺提出了确定两种状态相互转变的条件，雷诺数Re临界雷诺数为Rec：流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺数Re。层流®紊流Rec上=13800；紊流®层流Rec下=2300。一般取Rec=2300。⒉管流速度分布图3-3P44层流：抛物线分布。平均流速紊流：速度分布与Re有关。n决定于Re平均流速Re=105~106⒊紊流特征第６页重庆科技学院教案用纸脉动某一时刻的时均速度：瞬时速度在一段时间内的平均值。则脉动速度时均值因此，紊流流动时仅考虑时均速度、、。例3-1P42流动状态的判断。Re<

3、Rec层流流动Re>Rec紊流流动3.2管流阻力阻力：黏性流体在流动过程中的阻力产生的能量损失叫阻力损失。实质上是研究流体要多大的力、作多大的功才能使流体流动。阻力分为四类：①管流摩阻（摩擦阻力损失）：由流体的黏性引起。②管流局部阻力：流动方向或流速突然变化引起。③绕流摩阻：流体流过淹没物体。④综合阻力：不属于上述情况。例如：高炉炼铁生产过程中，料层与煤气相向运动过程中的阻力，喷粉气动输送过程中的阻力。无论哪种阻力损失，都是由于流体流动而产生的，速度、阻力。一般情况下，用一个通用公式来表示：或式中k¾阻力系数。因此，计算hL的关键在于求各种情况下的k值，方法

4、有：1)理论推导：一般无法求出。2)经验方法：通过实验。3)半理论、半经验方法：在假设的基础上，通过实验。重点放在公式的应用上。3.2.1不可压缩流体的管流摩阻摩擦阻力损失简称为摩阻，以hf表示。层流、紊流⒈圆管层流摩阻（理论推导方法）推导步骤：（1）建立微分方程：圆管内轴对称流动，可直接引用柱坐标系连续性方程及动量平衡方程。取微元体：内半径为r，厚度为Δr，长度为L的同心圆薄层。图3-2P42[动量传入量]-[动量传出量]+[系统作用力的总和]=[动量蓄积量]黏性动量传输对流动量传输重力压力（2）简化微分方程：简化条件为层流流动、不可压缩流体、稳定流动、水

5、平轴对称流动。黏性动量传输：径向黏性动量收支差（C）－（D）对流动量传输：轴向对流动量收支差=0（不可压缩流体、稳定流动）重力：水平轴对称流动重力忽略压力：（A）－（B）第６页重庆科技学院教案用纸动量蓄积量：无（稳定流动）（3）求解微分方程：在轴对称边界条件下对微分方程积分，求得管内层流流速分布。结论：抛物线分布，。（4）求平均流速：根据平均流速的计算式，得结论：平均流速（5）求kf：层流下圆管的摩擦系数或Pa第６页重庆科技学院教案用纸第9次课课题：流体流动的阻力（2学时）一、本课的基本要求1．掌握圆管紊流摩阻计算方法及x的确定方法2．掌握管流局部阻力损失计

6、算方法。3．掌握管流系统的阻力损失计算及减少阻力损失的途径。二、本课的重点、难点重点：圆管紊流摩阻计算方法。难点：管流系统的阻力损失计算。三、作业习题P533-133-15四、教参及教具《动量、热量、质量传输原理》高家锐主编重庆大学出版社图3-4⒉圆管紊流摩阻⑴光滑圆管内的摩阻（半理论、半经验方法）式中ξ¾紊流下圆管的摩擦系数。理论推导方法思路同圆管层流：建立微分方程、求解微分方程、求得管内紊流流速分布（实验确定待定系数）、求kf、求ξ。⑵粗糙圆管内的摩阻（实验方法）实际应用的管道表面并不光滑，管壁是粗糙的。D¾绝对粗糙度；¾相对粗糙度。尼古拉兹对六种不同相

7、对粗糙度的圆管进行了阻力实验，其结果（尼古拉兹实验曲线）：图3-4P46AB层流区：与Re有关，无关。BC层流向紊流过渡的区域：x的变化不明显，2300层流底层hf与Re、D有关当D>>层流底层hf与D有关。计算的通用式

8、：查莫迪图图3-5P47在工程计算中常采用经验值：金