流体力学 水力学 流动阻力和水头损失.ppt

1、第四章流动形态及其水头损失、4.1流动阻力和水头损失的分类、流动阻力、摩擦阻力：流体有粘性和横向流速梯度，产生摩擦阻力。 差压阻力：局部地区固体边界的形状和大小急剧变化，或有局部障碍，液流内部结构发生解离和涡流，流线弯曲，流速分布变化，液流相对运动增加，产生差压阻力。 水头损失、沿路水头损失hf :在均匀流中，水流的阻力为摩擦阻力，能量损失为沿路水头损失hf。 局部水头损失hj :在不一流中，水流引起的阻力是摩擦阻力和差压阻力，其产生的能量损失是局部水头损失hj。总水头损失： hw=hf hj、摩擦阻力、停滞解离差压阻力、惯性解离差压阻力、惯性解离差压阻力、4.2实际液体流动的两个形态4.2.

2、1雷诺试验、4.2.2流状态的判别-雷诺数非圆形过水断面雷诺数：例41，有圆形送水管，直径d为2.0cm 在通过石油时，如果其他条件相同，则询问流态是层流还是湍流(t=15时，石油=0.6cm2/s，水=0.0114cm2/s )，解：4.3均匀流路水头损失与剪应力的关系4.3.1流路水头损失与剪应力的关系在管路一定均匀流中取得写出动水压力： P1=p1A P2=p2A重力： G=V=AL、向流动方向的投影Gx=ALsin摩擦阻力： T=0A=0 L、管轴方向的平衡方程式。 4.4.2圆管均匀层流的沿路水头损失、达西式、通用式-层流湍流适用，利用管径d=75mm的管路输送重油，如图所示，重油的

3、重度油=8.83KN/m3，已知运动粘性的解： 1，要求流量：例4-2，假定重油的流动为层流：2，沿路水头4.5液体湍流运动4.5.1湍流的形成条件，涡体形成的涡体脱离原来的流层或流束，混入邻接的流层或流束。 层流和湍流的根本区别是层流中各流层的流体质点不相互混合，存在比较规则的“瞬时流线”。 湍流中大小不同的涡体在各流层之间振动，互相混合。 4.5.2湍流脉动现象和时平均化概念运动要素的脉动现象：湍流中存在多个涡体，涡体在各个方向上混合、碰撞，使湍流中任一空间点的运动要素(流速、压力等)随时间不断变化湍流运动要素脉动。 运动要素的时间平均化处理：脉动值说明：脉动值不能作为微量处理，有时达到时

4、间平均的三分之一。 脉动总是三维的，主流是一维或二维的，但都产生三个方向的脉动速度。 脉动是旋涡体之间混合、交换的结果，不是流体分子的运动。 注意：湍流平稳流-指时间平均的运动要素不随时间变化的流动。 湍流非定常流-指时间平均的运动要素随时间变化的流动。 定常流、非定常流、流线、流束、总流等-湍流运动要素时的平均值。 4.5.3湍流中摩擦剪应力湍流中剪应力=内摩擦剪应力附加剪应力内摩擦剪应力-计算邻接两层时的平均速度相对运动引起的粘性剪应力。 剪应力-产生脉动。湍流附加剪应力： (车间动量传递理论)湍流各流层间存在相对运动，流层间发生质点混合时，由于流速的不同(动量的不同)，质点横向运动到新的

5、流层时，由于动量的变化，向新的流层产生附加剪应力- -湍流附加摩擦剪应力(雷诺应力)。 4.5.4湍流中的层流底层和湍流核心4.5.4.1层流底层(粘性底层): 在固体边界附近，受管壁和流体粘性的影响，流体质点的流速较小，流态属于层流的流体层。 层流基底层的厚度-一般为10分钟的数毫米，最大只有数毫米。 湍流核心：粘性底层以外是湍流区，包括有序发展的湍流流核区和湍流处于发展状态的过渡层(厚度只有几厘米)。 4.5.4.2流路壁面的类型绝对粗糙度ks () :使固体壁面上的粗糙度体从壁面突出的高度的平均值。 水力平滑管：层流底层的厚度0大于绝对粗糙度ks时，流体在平坦的层流底层的外缘上滑动，像在平滑的壁面上流动一样，边壁对水流的阻力主要是层流底层的粘性力，该管道被称为水力平滑管。 水力粗管：层流底层厚度0小于绝对粗糙度ks时，湍流流核绕过突出高度，形成小涡流，边壁对水流的阻力主要由这些小涡流引起，边壁粗糙度起主要作用，该粗糙壁面的管称为水力粗管。 暂态粗糙度管：介于上述两者之间时，层流底层的厚度不足以完全隐藏边壁粗糙度的影响，但绝对粗糙度尚未发挥决定性作用。 该粗糙度壁面的管称为过渡粗糙度管。