粘性流体流动及阻力.ppt

第五章粘性流体流动及阻力第五章粘性流体流动及阻力第一节流动阻力的分类沿程阻力及沿程损失沿程阻力是指流体在过流断面沿程不变的均匀流道中所受的流动阻力。由此所发生的能量损失称为沿程损失。局部阻力及局部损失局部阻力是指流体流过局部装置(如阀门、弯头、断面突然变化的流道等)时，也就是发生在急变流中的阻力。由此所发生的能量损失称为局部损失。第一节流动阻力的分类水平基准线位置水头线粘性流体总水头线oo理想流体总水头线hfhjhw=hf+hjhw=∑hf+∑hj第二节粘性流体的两种流动状态雷诺实验目的：观察流态；研究hf。原理：1.黑色水和透明水同时流入透明的管内。伯诺里方程。装置：第二节粘性流体的两种流动状态雷诺实验步骤：1.阀5的开度从0到最大，观察流态，测量hf、v；阀5的开度从最大到0，观察流态，测量hf、v；结果：01紊流01层流01第二节粘性流体的两种流动状态01雷诺实验02hf=kvm03层流，m=1。04紊流，m=1.75～2。05层流06紊流07过渡区第二节粘性流体的两种流动状态1883年，雷诺试验表明：圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数d是圆管直径，v是断面平均流速，?是流体的运动粘性系数。实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中恒定流动的情况，容易理解：减小d，减小v，加大?三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。第二节粘性流体的两种流动状态++-+--高速流层低速流层任意流层之上下侧的切应力构成顺时针方向的力矩，有促使旋涡产生的倾向。第二节粘性流体的两种流动状态旋涡受升力而升降，产生横向运动，引起流体层之间的混掺涡体01流的发生02紊流发生的机理是十分复杂的，下面给出一种粗浅的描述。03层流流动的稳定性丧失（雷诺数达到临界雷诺数）04扰动使某流层发生微小的波动05流速使波动幅度加剧06在横向压差与切应力的综合作用下形成旋涡07旋涡受升力而升降08引起流体层之间的混掺09造成新的扰动第二节粘性流体的两种流动状态第二节粘性流体的两种流动状态粘性稳定扰动因素dv?利于稳定圆管中恒定流动的流态转化仅取决于雷诺数，这是客观规律用无量纲量表达的又一例证，也是粘性相似准则的实际应用。对比抗衡二、流态判别准则——雷诺数一切有压流一切无压流第三节附面层的概念Rex=u∞x/ν沿壁面的法线方向一个速度逐渐增加的区域，这就是附面层。速度从壁面处的零增加到0.99u∞时的法线方向的距离，定义为附面层厚度，用δ表示。第三节附面层的概念附面层分离内摩擦应力分布流量和平均流速速度分布沿程损失本节讨论粘性不可压缩粘性流体在等径直管中的定常层流流动规律。第四节圆管中的层流流动第四节圆管中的层流流动一、速度分布因为在直管中的流动定常不可压，所以微元柱体作匀速直线运动。∑Fx=0。第四节圆管中的层流流动一、速度分布因为流动轴对称，u仅仅是r的函数因为缓变流，p/γ+z仅仅是x的函数第四节圆管中的层流流动速度分布列微元柱体两端的能量方程第四节圆管中的层流流动一、速度分布二、流量和平均速度三、内摩擦应力分布对层流和紊流都适用。四、沿程损失补充例题一ρ=850kg/m3、v=1.8×10-5m2/s的油，在管径100mm的管中以平均速度v=0.0635m/s的速度作层流运动，求（1）管中心处的最大流速；（2）在离管中心r=20mm处的流速；（3）沿程阻力系数λ；（4）管壁切应力τ0及每km管长的水头损失。解:(1)(2)补充例题一ρ=850kg/m3、v=1.8×10-5m2/s的油，在管径100mm的管中以平均速度v=0.0635m/s的速度作层流运动，求（1）管中心处的最大流速；（2）在离管中心r=20mm处的流速；（3）沿程阻力系数λ；（4）管壁切应力τ0及每km管长的水头损失。解:(3)(4)补充例题二应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d=6mm，测量段长l=2m。实测油的流量Q=77cm3/s，水银压差计的读值hD=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。试求油的运动粘度。解:列细管测量段前、后断面能量方程