流体力学课件

1、流量、流速测量装置流量、流速测量装置刘超杰刘超杰 王军艳王军艳 张会霞张会霞毕托管文丘里流量计其他流速流量装置孔板流量计孔板流量计弯管流量计原理原理当水流受到迎面物体的阻碍，被迫向两边（或四周）分流时，当水流受到迎面物体的阻碍，被迫向两边（或四周）分流时，在物体表面上受水流顶冲的在物体表面上受水流顶冲的A点流速等于零，称为滞止点（或驻点）。点流速等于零，称为滞止点（或驻点）。在滞止点处水流的动能全部转化为压能。在滞止点处水流的动能全部转化为压能。考察考察A点到点到B点的流线点的流线在在A、B两点间应用理想流体的伯努利方程得两点间应用理想流体的伯努利方程得解得解得若为气体，则若为气体，则这就是读

2、数这就是读数 和和A点流速点流速u之间的理论关系之间的理论关系22ABppuggg2ug hh a点点迎流孔迎流孔 b点点侧面顺流孔侧面顺流孔毕托管毕托管由于设计，制造上的各种缺陷，读数不恰由于设计，制造上的各种缺陷，读数不恰好等于好等于A、B点上的压强水头差。因此，实点上的压强水头差。因此，实际应用时将上式修改成际应用时将上式修改成式子中式子中 流速系数，其值需要由实验来流速系数，其值需要由实验来确定，理想情况下等于确定，理想情况下等于1。h2ug h或或RAB实际应用的毕托管示意图实际应用的毕托管示意图文丘里流量计文丘里流量计喉管喉管结构结构由渐缩管、喉管、渐扩管组成由渐缩管、喉管、渐扩管

3、组成原理：原理：取取1-11-1及及2-22-2面，列间理想流体能量方程式和连续性方程式可得面，列间理想流体能量方程式和连续性方程式可得： 式中：式中：Ao喉管处喉管处截面积。截面积。Cv),(122VddRefC 流量系数：99. 097. 010V5恒定，约为时，CRe 结构结构：孔板流量计孔板流量计在管道中安装一个孔板在管道中安装一个孔板原理：原理： 取取1-1及及2-2面，列间理想流体能量方程式和连续性方程面，列间理想流体能量方程式和连续性方程式可得：式可得： )(200iRgCu)(200000iVVRgACAuqq其中，其中，Ao2-2Ao2-2截面的面积截面的面积Co-Co-孔流

4、系数，由实验测得，孔流系数，由实验测得，Co=Co=f(f( Ao/A1,RelAo/A1,Rel ) )弯管流量计弯管流量计结构结构 测点接压力变送器测点接压力变送器原理：原理：流体沿弯管弧形通道流动时，被迫作类似的圆周运动，产生离心流体沿弯管弧形通道流动时，被迫作类似的圆周运动，产生离心力，在弯管的内外侧管壁处产生差压，差压与流量有一定关系，可以由差力，在弯管的内外侧管壁处产生差压，差压与流量有一定关系，可以由差压的测量求得流量。将离心力公式各项进行替换，可得：压的测量求得流量。将离心力公式各项进行替换，可得：式中：式中：P -P -产生的差压值；产生的差压值；-流体的密度；流体的密度；

5、v-v-流体在弯管中的平均流速；流体在弯管中的平均流速；R-R-弯管的中心曲率半径弯管的中心曲率半径d -d -弯管的内径；弯管的内径； R/dR/d弯管的弯径比弯管的弯径比即即其他流速流量装置其他流速流量装置教材教材224224页例页例8-78-7原理：原理：1 1、利用柱体表面流速分布公式、利用柱体表面流速分布公式 2 2、利用能量方程、利用能量方程流动减阻措施流动减阻措施刘超杰刘超杰 王军艳王军艳 张会霞张会霞 措施：措施：高聚合物添加剂流动减阻流动减阻 原理：原理：这种方法是通过在流体中溶入少量长链高分子聚合物来达成减阻目的的。该方法在液体内部边界创造条件以达到减阻， 它们的共同的特点

6、是分子量的量级都达到百万。 聚合物添加剂由于可以影响流向涡的强度， 增大低速带条间距， 因此减小湍流的剪切力从而实现了减阻。目前， 尽管对这种方法已有了较深入的研究， 但由于湍流问题的复杂性，聚合物在湍流中产生减阻的原因至今还未弄清楚。虽然科学家基于实验提出了一些假设和分析， 但还没有出现一种理论能完美的解释该问题。但由于该方法比较容易实现并且效果很好， 在很多领域得到了广泛应用。高聚合物添加剂减阻的机理分析高聚合物添加剂减阻的机理分析 ( 1 ) 侧重于比较高聚合物减阻剂添加前后侧重于比较高聚合物减阻剂添加前后对湍流统计量的影响对湍流统计量的影响 。 1967 年, Virk 等通过速度测量

7、对减阻流动进行了研究, 得到著名的 Virk 渐近线。他提出弹性缓冲层的流动模式, 认为在管壁的层流底层和湍流核心之间生成一弹性缓冲层, 由于该层的原因, 湍流核心部分的速度分布曲线向上移动了一个距离, 即流速增大, 通过的流量也增加, 从而实现了减阻。( 2 ) 侧重于研究高聚合物分子侧重于研究高聚合物分子在剪切、在剪切、 拉伸等流动中的运拉伸等流动中的运动特性动特性, 由此来推测高聚合物由此来推测高聚合物的影响。的影响。 1969 年 Lumley 研究了高聚合物的减阻作用, 认为高聚合物分子在湍流边界层中受到拉伸, 会使该处的流体粘度增加, 这也是高分子聚合物引起减阻的主要原因.( 3

8、) 着重于高聚合物对湍流逆序结构的影响。着重于高聚合物对湍流逆序结构的影响。Gordon 在1970 年发表论文认为, 高聚合物的加入会削弱湍流边界层猝发过程的强度。 Donohue 、 Tiederman 和 Reischman 采用流显技术在槽流中研究了这个问题, 发现靠近壁面的区域, 垂向流体运动显著削弱, 湍斑区增大, 猝发速率明显减小。 Pinho 等人应用激光测速仪( LDV) 测量了管流和槽流的湍流统计量, 结果表明, 高聚合物的加入不是抑制了所有方向上湍流的运动, 而是减弱了径向的湍流猝发频率和强度, 但在流向上的湍流强度却有所加强。高聚合物减阻剂可以在小高聚合物减阻剂可以在小用量下达到较好的减阻效果。用量下达到较好的减阻效果。但是在紊流流体的高剪切作用但是在紊流流体的高剪切作用下下, , 其分子量极易因分子链的其分子量极易因分子链的断裂而降低甚至失效断裂而降低甚至失效, , 即剪