第五章粘性流体的一维流动报告.ppt

第五章 粘性流体的一维流动 第一节 粘性流体总流的伯努里方程 能量方程式（3－44）=: 在粘性底层中( ) ，速度可近似认为是直线分布 即 运动粘度 或 假设粘性底层与紊流分界处的流速用vxb表示 代入紊流公式 或 尼古拉兹（J.Nikuradse）由水力光滑管实验得出 k=0.40 C1=5.50 对于光滑管，也可采用近似指数公式 ： 指数n随雷诺数Re而变 0.8658 0.8497 0.8167 0.8073 0.7912 1/10 1/8.8 1/7.0 1/6.6 1/6.0 n (2.0~3.2)×106 1.1×106 1.1×105 2.3×104 4.0×103 Re 平均流速 对于粗糙管，假设： 在y=φε处 vx=vxb 尼古拉兹（J.Nikuradse）由水力粗糙管实验得出 k=0.40 C2=8.48 第七节 沿程损失的实验研究 一、尼古拉兹实验 雷诺数Re＝500～106 相对粗糙度ε/d=1/1014～1/30 尼古拉兹用黄沙筛选后由细到粗分为六种，分别粘贴在光滑管上 尼古拉兹图可分为五个区域： I. 层流区 II. 过渡区 III.湍流光滑区 IV.湍流过渡粗糙区 V. 湍流完全粗糙区 I. 层流区(Re2000) 对数图中为一斜直线 II. 过渡区(2320＜Re＜4000 ) 情况复杂，无一定规律 III.湍流光滑区 布拉修斯公式（4×103＜Re＜105 ） hf与v1.75成正比 又称1.75次方阻力区 卡门一普朗特（Ka′rma′n-Prandtl）公式 尼古拉兹的计算公式 尼古拉兹经验公式(105＜Re＜3×106 ) λ=0.0032+0.221Re-0.237 IV.湍流过渡粗糙区 λ=f (Re,ε/d) 洛巴耶夫（Б.H.Лo6aeв）的公式 科尔布鲁克公式 V. 湍流完全粗糙区 λ=f ( ε /d ) hf与v2成正比 又称平方阻力区 * * * 层流 紊流(湍流) 制作 王军旗 内能+动能+势能（位置势能+压强势能）＝常数 势能: 化简: ——过流截面上的体积流量 动能: 动能修正系数： ——截面平均速度 内能: 流体微团间摩擦＝热＝温度升高＝内能增大＝机械能损失——用hw表示 粘性流体单位重量形式的伯努力方程： 方程适用条件: 流动为定常流动； 流体为粘性不可压缩的重力流体； 沿总流流束满足连续性方程，即qv=常数； 方程的两过流断面必须是缓变流截面，而不必顾及两截面间是否有急变流。 动能修正系数 ：取决于过流断面上流速分布 层流流动: 紊流流动: 伯努利方程的几何意义： 例题 已知： 求： 解： 紊流流动: 第二节 粘性流体管内流动的两种损失 1. 沿程损失：发生在缓变流整个流程中的能量损失，是由 流体的粘滞力造成的损失。 达西—— 魏斯巴赫公式 ： 式中 ： ——沿程阻力系数(无量纲) ——管子有效截面上的平均流速 L ——管子的长度 d ——管子的直径 2. 局部损失：发生在流动状态急剧变化的急变流中。 流体质点间产生剧烈的能量交换而产生损失。 如阀门、弯管、变形截面等 计算公式： ——局部损失系数(无量纲) 一般由实验测定 总能量损失： 能量损失的量纲为长度，工程中也称其为水头损失 第三节 粘性流体的两种流动状态 粘性流体两种流动状态： 紊流状态 层流状态 Reynold(雷诺) 1883 一、雷诺实验 过渡状态 紊流状态 层流状态 a. b. c. d. 层流=过渡状态 紊流=过渡状态 紊流 层流 ——上临界速度 ——下临界速度 二、流态的判别 雷诺数 (Reynold number) 对于圆管流 工程上取 当Re≤2000时，流动为层流；当Re＞2000时，即认为流动是紊流。 要计算各种流体通道的沿程损失，必须先判别流体的流动状态。 对于非圆形截面管道： 雷诺数 de——当量直径 三、沿程损失和平均流速的关系 lghf=lgk+nlgv 式中k为系数，n为指数，均由实验确定 层流状态 紊流状态 n=1 n=1.75~2 可能是层流，也可能是紊流 第三节 管道进口段中粘性流体的流动 层流: 希累尔 （Schiller） 入口段长度L*经验公式 L*＝0.2875dRe { 布西内斯克 （Boussinesq） L*＝0.065dRe 兰哈尔 （Langhaar） L*＝0.058dRe 紊流: L*≈（25～40）d