第4章 不可压缩流体的一元流动ppt课件.ppt

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1、第四章不可压缩流体的一元流动7/29/20211工程流体力学第4章§4-1粘性流动的伯努利方程流体从截面1运动到截面2，机械能减少：hw为损失水头。hw分为两类：沿程损失hf和局部损失hj。其经验公式为：7/29/20212工程流体力学第4章§4-2两种流动状态实验证明：沿程损失hf与流态有关。雷诺实验:7/29/20213工程流体力学第4章沿程损失与平均流速的幂次方成正比。hf∝vn当v从小变大,流态从层流变为紊流，实验点落在曲线ABC上(红线所示)。AB段，n=1，∴λ∝1/vBC段，n=1.75，λ∝1/v0.25C附近,n=2,λ与v无

2、关B为从层流变为紊流的分界点根据测量结果，将水头损失hf和速度v作图在对数坐标上，如图示。由图看出：7/29/20214工程流体力学第4章B点的速度称为上临界速度,记作v上。D点的速度称为下临界速度,记作v下。在CDA，v从大变小，流态从紊流变为层流。D为从紊流变为层流的分界点。实验表明，临界速度与流体的粘性成正比，与管道直径成反比，比例系数称为雷诺数Re。7/29/20215工程流体力学第4章雷诺数雷诺数的定义:D点的雷诺数Re下=2300B点的雷诺数Re上超过12000工程上定义Re=2300为临界雷诺数。Re<2300为层流，Re>230

3、0为紊流。雷诺数表征惯性力与粘性力之比。7/29/20216工程流体力学第4章§4-3圆管中的层流设流体在无限长的圆形截面管道中作定常流动，任意截面上的速度分布相同，流体加速度为零，粘性力和压力平衡。分析管轴线上的一个长度为l，半径为r的圆柱体流体。由平衡方程得：7/29/20217工程流体力学第4章圆管中的层流求速度分布:管壁处粘性切应力最大：7/29/20218工程流体力学第4章管轴线r=0处速度最大，7/29/20219工程流体力学第4章流量：截面平均速度：速度分布：动能修正系数：动量修正系数：7/29/202110工程流体力学第4章利用

4、前面的结果：沿程损失系数：7/29/202111工程流体力学第4章非圆形管道的沿程损失非圆截面管道的沿程水头损失：式中，R为水力半径，其定义是：R=过流面积/湿周对于圆形管道，水力半径R=d/4。7/29/202112工程流体力学第4章例4-3圆截面输油管道，管段长度l=1000m，直径d=0.15m，两端的压强差为：p1-p2=0.965×106Pa，油的密度和粘度分别为ρ=920kg/m3，ν=4×10-4m2/s，试求流量Q。解:μ=ρν=0.368Pa.s假设流态为层流假设成立。故Q=vπd2/4=0.0326m3/s。7/29/202

5、113工程流体力学第4章作业4-17/29/202114工程流体力学第4章§4-5层流向紊流的过滤用激光测速仪测量空间某点的速度,每隔Δt=0.001秒测一次,图示为测量值。紊流速度紊流附加切应力时均速度流体的切应力=粘性切应力+紊流附加切应力。7/29/202115工程流体力学第4章§4-6紊流速度分布1．紊流结构层流底层（厚度δ0）紊流区y>δ0水力光滑:δ0>Δ水力粗糙:δ0<Δ2.普朗特混合长假说：脉动速度与速度梯度成比例7/29/202116工程流体力学第4章3.速度分布：粘性底层的速度分布在粘性底层，τ可视为常数τ0。u*称为摩擦速

6、度为了方便，引入常数u*7/29/202117工程流体力学第4章紊流区的切应力与层流区的切应力基本相等。普朗特认为l=ky,k为常数，紊流区的速度分布，y>δ7/29/202118工程流体力学第4章4-7圆管紊流的沿程损失因数沿程损失系数与平均速度的关系根据实验结果整理的沿程损失因数的半经验公式：光滑管公式：粗糙管公式：7/29/202119工程流体力学第4章工程应用中，圆管紊流的速度分布可用幂次式近似表示：幂次律的平均速度：7/29/202120工程流体力学第4章幂次律的动能修正系数：幂次律的动量修正系数：对于紊流，α≈1，β≈1。7/29/

7、202121工程流体力学第4章紊流的动能修正系数和动量修正系数Re4╳1032.3╳1041.1╳1051.1╳106>2╳106n1/61/6.61/71/8.81/10α1.0771.0651.0581.0391.031β1.0271.0231.0201.0131.011v/vmax0.7910.8070.8170.8500.8667/29/202122工程流体力学第4章§4-8沿程阻力系数λ的实验研究尼古拉兹曲线尼古拉兹进行人工粗糙管的阻力实验,他用三种粒径为Δ的沙子贴涂在管壁上。形成人工粗糙管。并对d/Δ=30，60，120，252，5

8、04，1014六种管道进行实验。得到λ-Re对数曲线,称为尼古拉兹曲线。7/29/202123工程流体力学第4章尼古拉兹曲线7/29/202124工程