武汉理工大学工程流体力学(4-2).ppt

1、4.圆管定常湍流流动,由于流体具有粘性,作紊流运动的流体在管壁附近仍将存在一层作层流运动的流体,称粘性底层.其厚度用表示.从粘性底层到紊流核心区有一层过渡层.最里面才是紊流核心区.粘性亚层的厚度由经验式给出，很薄,大概只有几分之一毫米。,一.水力光滑管与水力粗糙管,管壁的粗糙度用表示,当时,粗糙度对流动无影响.粘性底层淹没了粗糙度,这时流体像在一个光滑壁面上流动.称这种流动为光滑管流动.,当时,粘性亚层没有淹没粗糙度,当流体流过时,在后将产生小旋涡,造成能量损失.将这种流动称粗糙管流动.光滑管与粗糙管的区分不是绝对的,当Re变化时,随之而变,但是不变的。,普朗特认为切应力由两部分组成: 1)由

2、粘性引起的摩擦力 2)由于质点做混杂运动引起的切应力.,二.速度分布,层流时 L=0,充分紊流时,处于过渡状态,两者都应考虑.,仅讨论紊流核心区速度,即认为整个断面全处于充分紊流状态，此时,此式说明 ，在充分紊流区u的分布满足对数分布。,n随 Re 变化,说明紊流的速度分布比层流均匀。,尼古拉兹采用人工粗糙管进行实验将所得的Re、 的关系绘成对数曲线。这组曲线分为五个区域。,四.尼古拉兹实验,、层流区： Re2320 这时不同相对粗糙度的管子的实验点都落在这一直线（a,b）上，=f(Re)，与 无关。,这与理论计算结果相同。,、第一过渡区 当2320Re4000时，是层流向紊流的过渡区，此区太

3、小，没有讨论价值。,、光滑管区 当 实验点都落在（c，d）线上，此时=f(Re)与无关，粗糙度对流动无影响。,勃拉休斯公式：,普朗特公式：,由经验公式计算,、光滑管到粗糙管的过渡区,粗糙度越大的管离开此区越早,对流动都有影响。,用科尔布鲁克公式：,、粗糙管区 此时曲 线基本平行，,用尼古拉兹公式计算：,也称阻力平方区。,圆管流体流动流态特点,五.莫迪图: 莫迪图是用工业管做实验得到的曲线，与尼古拉兹曲线相比，在第四区趋势不同，但影响的因素相同。,利用莫迪图，可查出。,总结hf的计算方法有：公式法和查图法,公式法: 1）求Re,判流态 2）判别流动所在区域 3）用相应区域的经验公式计算,4） 计

4、算hf及损失功率,查图法: 1）计算 2）由 查莫迪图得 3）计算 hf 及 N,要求:会查莫迪图,掌握各区域中影响的因素,各区域中hf与v的关系.,5 局部水头损失,一.局部损失产生的原因: 以突缩产生损失为例，产生阻力的原因有以下几个方面： 1.碰撞损失 2.转向损失 3.旋涡损失 4.加速损失,二.突扩管的局部损失,如图，写出12 的伯努利方程：,2,（1）,选控制体如虚线所示，沿流动方向写动量方程：,2,（2）代入（1）有：,代入,有,（2）,从上两式可看出， 仅与面积有关，故,三、其它局部阻力系数 其它值可查表4-3或相关的液压手册或水力学手册,应用时 注意: 1.一般用损失后的速度,即查表所得的值对应V2来计算hj 2.两个局部阻力之间的距离3d,因为表中每个数据都单个测出的,当两个局部障碍连接起来时,要单独测值。,管道入口,可看成突缩的特例,3）几个常用的值,A2,管道出口:可看成突扩的特例,此时,A1,例：已知水在旧钢管中流动，d=200mm,=1mm V=4m/s, 求及50m长的hf及损失功率N。,解：公式法：,紊流,判区域：,故流动在阻力平方区。,查图法：,由,查莫迪图：,例：水平短管，水从H=16