4-2+流体流动.ppt
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④应用柏努利方程式解题要点 衡算范围的确定 衡算基准的选择 基准水平面的确定 压强的单位及表示方法 第四节?? 管内流体流动阻力 一、流体流动类型和雷诺数 1、雷诺实验及流体流动类型 层流(滞流) 湍流(紊流) 4、(边界层与边界层分离) 3、流体流动类型的判别 圆形直管内 层流 Re 2000 湍流 Re 4000 过渡区 2000 Re 4000 非圆形直管 (边界条件由实验确定) 2、 雷诺数 Re = d uρ/μ 为无量纲量(无因次准数) 对于非圆形直管,式中d用当量直径de代替。 二、流体在园管内的速度分布 1、层流时的速度分布 根据流体受力平衡原理及牛顿粘性定律可以推导出 u =ΔP /4μL(R 2 – r 2) u 点速度 R 管道半径 L 管道长度 r 与管中心距离 ΔP 压强差 μ流体的粘度 当r =0时即管中心处 u = R2ΔP /4μL = umax 当r =R时即管壁处 u = 0 2、流量 qv =∫ d qv =∫ udA 根据u = qv/A =∫ u( 2πr)dr dA= ( 2πr)dr =∫ [ΔP /4μL(R 2 – r 2)]( 2πr)dr qv = πR4ΔP/8μL 3、平均流速u与最大点速度u max的关系 u = qv/A =(πR4ΔP/8μL)/πR2 = R2ΔP /8μL u = umax /2 ? 上式中 R 用 d 代,整理可得: ΔP = 32μLu/d2 (哈根—泊素叶公式) ● 层流时ΔP与流速u的一次方成正比。(等径水平直管) 4、湍流时的速度分布 湍流的基本特征:湍流时出现了径向速度的脉动,从而加速 了径向的动量、热量和质量的传递。 湍流时,流体的内磨擦力 τ总=τ+τε τ 分子粘性力 τε 涡流粘性力(不遵守牛顿粘性定律) ∴湍流时的速度分布通常根据由实验归纳得到的经验式计算。 如:对于光滑管 u=umax(1 - r/R)1/n Re≤ 105时 n≈7 Re达2×106时 n≈10 湍流时圆管内流体的速度分布如图: ①在湍流主体:Re值越大, 曲线顶部区域越宽越平坦, 即u与umax越接近。 此时用 平均流速u代替质点运动速度u引起的误差可忽略。 ②在靠近管壁处 :存在着层流薄层(层流底层),层流薄层的厚度与流体的速度和粘度大小等有关。 ③在层流薄层与湍流主体之间存在着一过渡区。 以上为流体湍流流动达稳定时的速度分布情况。 通常湍流时的平均流速 u ≈ 0.82 u max 三、流体流动阻力Σhf 管内流体流动阻力分两类:
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