第七章粘性不可压缩流体流动课件.ppt

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1、流体力学（第七章粘性不可压缩流体运动）同济大学汽车学院第七章作业(第十四周交)202页7.17.47.87.167.21236页8.18.28.78.128.13目录绪论第一章流体及其主要物理性质第二章流体静力学第三章流体运动学基础第四章流体动力学基础第五章相似原理和量纲分析第六章理想流体不可压缩流体的定常流动第七章粘性不可压缩流体流动第八章定常一元可压缩气流第九章计算流体力学第七章粘性不可压缩流体流动§7.1通道内流动的一般特征§7.2圆管内的充分发展流动§7.3总流伯努利方程§7.4圆管内的沿程阻力和局部阻力损失计算§7.5边界层基本理

2、论§7.6顺流平板层流边界层§7.7曲面分离和物体阻力§7.1通道内流动的一般特征状态1、粘性流体的两种流动状态雷诺试验雷诺试验说明，当流速不同时，流体质点会出现两种不同的运动状态。当流速小于某一值时，流体质点作层流运动。而当流速大于某一数值时，流体质点出现无规则的横向脉动运动，即紊流运动。介于两者之间的较小范围成为过渡状态。§7.1通道内流动的一般特征状态b)流态判别因此，流动状态可以按管中速度值分为以下三种情况：管中流速达层流转变为紊流；管中流速达流动状态由紊流转变为层流管中流动为紊流管中流动为层流管中的流动处于不稳定的过渡状态在工程实

3、际中以下临界雷诺数作为层流和紊流的流态判别准则实验结果指出，不论流体的性质和管径如何变化，下临界雷诺数，上临界雷诺数可达由于对不同的流道尺寸、流体的密度、粘度做流动试验可得到不同的临界速度，所以，用临界速度来判别流动状态是非常不方便的。为了方便起见，根据相似原理，一般在工程上都采用雷诺数作为判别流动状态的准则数。§7.1通道内流动的一般特征状态在工程上一般取圆管的下临界雷诺数作为判别层流和紊流的准则。流速减小，流动由紊流变为层流，实验点按CK2K1A变化§7.1通道内流动的一般特征状态c)损失与平均流速的关系流速增大，流动由层流变为紊流，实

4、验点按CBK2C变化对于层流区：对于紊流区：沿程阻力——流体沿流动路程所受到的阻碍称为沿程阻力，这种阻力来源于沿流程个流体微团或流体层之间以及流体与固体壁之间的摩擦力。由沿程阻力所引起的能量损失称为沿程损失。b)局部阻力——局部阻力是指流体流经个局部障碍时，由于水流变形、方向变化、速度重新分布质点间进行剧烈的动量交换而产生的阻力。由局部阻力所引起的能量损失称为局部损失。§7.1通道内流动的一般特征状态2、流动阻力的两种类型c)总能量损失——在实际流动中不可避免地会出现上述两种类型的能量损失，在实际流体总流伯努利方程中能量损失项应包括所取端面

5、间的所有能量损失。2）当入口段的流速增大，超过临界雷诺数，则入口段内某处的边界层既由层流转变为紊流，随着雷诺数的增大，转变位置向入口处移动。§7.2圆管内的充分发展流动由圆管入口段试验可知：3、管道入口段中的流动1）当流动的雷诺数低于临界值时，整个入口段为层流。3）紊流边界层厚度的增长比层流的增长快，故紊流入口段要短些，且它的长度很少依赖于雷诺数的大小，而与来流的扰动程度有关；扰动越大，入口段长度越短。入口段流动第七章粘性不可压缩流体流动§7.1通道内流动的一般特征§7.2圆管内的充分发展流动§7.3总流伯努利方程§7.4圆管内的沿程阻力和

6、局部阻力损失计算§7.5边界层基本理论§7.6顺流平板层流边界层§7.7曲面分离和物体阻力§7.2圆管内的充分发展流动1、圆管内的充分发展层流流动圆管内流动为不可压缩定常粘性流动§7.2圆管内的充分发展流动§7.2圆管内的充分发展流动边界条件：§7.2圆管内的充分发展流动沿z方向流动：(1)速度分布(2)最大速度(r=0处）(3)流量§7.2圆管内的充分发展流动(4)平均速度(5)压力降水头式中：§7.2圆管内的充分发展流动2、圆管内的充分发展紊流流动（A）紊流流动的研究方法圆管内流体作紊流流动时，流体质点的运动杂乱无章，相互混杂流体运动参

7、数如速度、压力等均随时间变化，因此，紊流运动实质是一种不稳定的流动，各运动参数的变化称为脉动现象。研究层流运动的方法不能应用到紊流中去，紊流的研究只能借助于半经验理论和实验，即在一定的假设前提下进行实验，分析实验结果，参照层流运动，得出半经验的规律。§7.2圆管内的充分发展流动B)紊流中瞬时值，时均值和脉动值1）速度、压力的瞬时值表示某时刻紊流流场中某点的真实值；2）时间平均速度、时间平均压力表示在一定时间段内紊流场中某空间点上的时间平均值，在过流断面上不同点上的时均值是不同的；3）脉动速度、脉动压力表示在某空间点上的速度、压力的真实值于是

8、均值的差值；4）断面平均速度表示过流断面上所有点的时间平均流速对断面的平均值。§7.2圆管内的充分发展流动通过参数时间平均值的引入使得紊流流场的研究工作得到简化，即用时间平均参数