流体力学-层流紊流-

1上讲复习：流体力学1前言粘性，内摩擦定律，面力，理想流体，粘性流体，连续介质2流体静力学平衡态压强性质，平衡态欧拉方程，力势，重力场中的压强，位能水头，压能水头，图解法求作用力，压力体，压力棱体，阿基米德定律，帕斯卡定律3流体运动学拉格朗日及欧拉描述，局地时间导数，位变导数，流线，迹线，流管，流束，元流，总流，过流断面，流量，定常流，均匀流，渐变流，急变流，一维，二维，三维流动，连续方程（元流及总流），不可压4流体动力学理想流体欧拉方程，粘性流体内维斯托克斯方程，贝努力方程（重力场），动能水头，势能水头，总流贝努力方程，总流动量方程及作用力研究现象水力学§5层流紊流及能量损失2推测求证疑问规律实验测量理论分析数值仿真研究对象能量损失以不可压缩流体的管流为主卧式水泵及其管路§5层流紊流及能量损失3能量损失§5层流紊流及能量损失4能量损失§5层流紊流及能量损失5研究内容能量损失流体的粘性流动的状态层流紊流流速压力流体种类几何尺寸……粘性流动的规律与能量损失§5层流紊流及能量损失65-1层流与紊流的概念5-2均匀流的沿程损失5-4紊流流动的特征5-5紊流的沿程损失5-6流动的局部损失5-3圆管中的层流流动5-7边界层与绕流阻力§5层流紊流及能量损失7三种流态：层流、过渡流及紊流一、雷诺实验特点：层流——流体质点分层无波动运动，法向无掺混，有序过渡流——流体质点分层有波动运动，有序紊流——掺混运动，无序（拟序）观察到流动的三种形态§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流8两种损失：沿程阻力（损失）、局部阻力（损失）§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流9（1）ab段，层流，直线斜率为1二、流态判别（2）ef段，紊流，直线斜率1.75—2.0（3）bce段，过渡区，不稳定Vtgkhflg45lglgnnfVkhcVV取决于初始条件与外界扰动大小下临界速度上临界速度1、流态变化线cVVkVhf,lglglgVtgkhnftgn§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流102、雷诺数实验发现：临界速度大小与管径和流体的运动粘度有关（1）上临界雷诺数dVccRedVccRe（2）下临界雷诺数dVccRedVccRe（3）临界雷诺数是常数2000Rec4000012000Rec雷诺数§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流113、圆管流态判断VdRe2000ReRec过渡流或紊流2000ReRec层流4、非圆管流态判断（2）湿周——断面上固体边界与流体接触的周长，（1）特征量——描述运动的某一属性、相对独立的量。例如管流的平均流速和管径、缝隙流里的平均流速和缝隙高度。（3）水力半径AR（4）当量直径ARdH44湿周§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流125、非圆管雷诺数ReHHHVdRe§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流13层流：粘性力起主导作用三、紊流的成因紊流：惯性力起主导作用发生条件：1、有初始扰动2、粘性对质点运动的束缚降低§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流14§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流15§5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流直壁热边界层及翅片流Ra=10916一、沿程损失与切应力的关系——均匀流方程设流固表面的平均切应力为'0，则流固表面受到的摩擦力''0lxT断面1、2上分别受到压力'11ApP和'22ApP；流固受到重力lAgG'；均匀流中流速沿程不变，在流动方向上力平衡。§5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失170cos21TPGP0''021''21lxzzAgApp'''02211AglgpzgpzJRg''0均匀流基本方程推导fhgpzgpz2211伯诺里方程''0'''0RlglAghflhJf水力坡度§5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失18Rlghf0RR'0'0流束表面的平均切应力与流束的水力半径成正比RJg0对有压流和无压流、层流流态和紊流流态均适用是水力半径，不是管半径！均匀流基本方程对于半径为r的流管和管径为r0，有2'rR和200rR圆管均匀流断面上的切应力'0在半径r是线性分布的，在管轴中心r=0处为零。在边壁r=r0处最大。如果是圆管均匀流，会怎样？§5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失19根据均匀流基本方程，总流的hf取决于边壁上的平均摩擦切应力τ0。若能确定τ0的大小，则易得到hf的变化规律。根据实验，圆管均匀流边壁上的摩擦切应力τ0与五个因素有关：二、沿程损失的通用公式断面平均流速V水力直径d流体密度ρ流体的动力粘度μ壁面的粗糙高度ks§5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失20适用于层流与紊流，既适用于圆管均匀流，又适用于其它过流断面形状的均匀流，是均匀流沿程损失的通用公式。dlgRlghf400208VdkfsRe,gVdlhf22达西公式由量纲和谐原理得！！将沿程损失hf的计算转化为如何确定沿程阻力系数λ的问题。实验研究表明dkfsRe,分层流、紊流两种情况讨论§5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失21重点：湿周、水力直径、雷诺数均匀流切应力方程、达西公式圆管层流能量损失规律作业习题：T5-1,T5-2,T5-5§5层流紊流及能量损失22