流體力學(xué)放映6章.ppt

2020 3 22 1 2020 3 22 2 學(xué)習(xí)重點(diǎn) 2020 3 22 3 6 1流動(dòng)阻力和水頭損失 一 水頭損失分類 2020 3 22 4 由流體粘性所產(chǎn)生的阻礙流體運(yùn)動(dòng)的力 由固體邊壁發(fā)生改變所產(chǎn)生的阻礙流體運(yùn)動(dòng)的力 2 分類 2020 3 22 5 3 能量損失的分類 流體克服沿程阻力所損失掉的能量 流體克服局部阻力所損失掉的能量 能量損失 流體克服流動(dòng)阻力所損失掉的能量 2020 3 22 6 二 水頭損失計(jì)算 1 沿程損失的普遍表達(dá)式 達(dá)西公式 適用于層流與紊流 2020 3 22 7 2020 3 22 8 2 局部損失計(jì)算式 據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得 可查相關(guān)表格 2020 3 22 9 6 2粘性流體的兩種流動(dòng)型態(tài) 一 兩種流動(dòng)型態(tài) 流體質(zhì)點(diǎn)作規(guī)則運(yùn)動(dòng) 相互不干擾 流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與流向平行 流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生相互混摻 流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡與其流向不平行 2020 3 22 10 1 雷諾實(shí)驗(yàn) 1 實(shí)驗(yàn)裝置 2020 3 22 11 2020 3 22 12 2 實(shí)驗(yàn)方法 2020 3 22 13 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1 流速v由小 大 當(dāng)v vc 時(shí) 玻璃管中的紅線消失 2 流速v由大 小 當(dāng)v vc時(shí) 玻璃管中的紅線又重新出現(xiàn) vc 上臨界流速 vc 下臨界流速 2020 3 22 14 2 流態(tài)的劃分 2020 3 22 15 3 流速v與沿程損失hf的關(guān)系 在雷諾實(shí)驗(yàn)中 測(cè)得多組hf與v的值 得到v hf的對(duì)應(yīng)關(guān)系 在對(duì)數(shù)紙上點(diǎn)繪出v hf關(guān)系曲線 如圖所示 k2 1 75 2 0 k1 1 0 2020 3 22 16 2020 3 22 17 二 流態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn) 2000 2300 500 575 1 圓管 2 非圓管 2020 3 22 18 6 3沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系 本節(jié)只對(duì)簡(jiǎn)單均勻流作分析 找出hf與 的關(guān)系 一 均勻流基本方程 1 沿程損失 2020 3 22 19 故有 2 均勻流基本方程 如果流體的流動(dòng)為均勻流 則流體的受力應(yīng)平衡 2020 3 22 20 1 分析受力 如圖 1 質(zhì)量力 2020 3 22 21 2 表面力 Fs 02 r0L 2020 3 22 22 2 基本方程 2020 3 22 23 二 圓管過(guò)流斷面上切應(yīng)力分布規(guī)律 表明有壓圓管均勻流過(guò)流斷面上切應(yīng)力呈直線分布 1 公式 2020 3 22 24 v 動(dòng)力速度 阻力速度 剪切速度 三 阻力速度 1 阻力速度 2020 3 22 25 一 流動(dòng)特征 6 4圓管中的層流運(yùn)動(dòng) 2020 3 22 26 二 流速分布 流量 平均流速 1 流速分布 2020 3 22 27 2 管軸中心處流速最大 為 注 1 圓形管路的流速分布呈二次拋物面形狀 3 管壁處流速最小 為 umin 0 2020 3 22 28 2 流量 3 斷面平均流速 2020 3 22 29 三 圓管層流沿程損失計(jì)算 2020 3 22 30 1 在雷諾實(shí)驗(yàn)中 已知如果流體的流態(tài)為層流 則有 hf kv 而由以上理論也證明hf與v的一次方成正比 且 2020 3 22 31 本節(jié)將著重介紹與湍流流動(dòng)阻力 能量損失有關(guān)的湍流理論 即一般理論 湍流運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜 到目前尚處于半經(jīng)驗(yàn)階段 此處只介紹與流動(dòng)阻力損失有關(guān)的理論 6 5紊流理論 2020 3 22 32 一 粘性底層 光滑壁面 粗糙壁面 1 粘性底層 在湍流流動(dòng)中 緊靠固體邊壁的一層極薄的流層 2020 3 22 33 2 光滑壁面 1 絕對(duì)粗糙度 粗糙凸出固體壁面的平均高度 2 相對(duì)粗糙度 絕對(duì)粗糙度與過(guò)流斷面上某一特性幾何尺寸的比值 3 光滑度 相對(duì)粗糙度的倒數(shù) 2020 3 22 34 4 光滑壁面 水力光滑管 湍流光滑管 粘性底層厚度大于粗糙凸出的高度 壁面粗糙對(duì)流動(dòng)阻力 能量損失不起作用 似光滑壁面 3 粗糙壁面 粘性底層不足以掩蓋粗糙厚度粗糙對(duì)湍流流動(dòng)有影響 2020 3 22 35 2020 3 22 36 6 6紊流沿程損失計(jì)算 任務(wù) 確定紊流流動(dòng)中 的值 可由實(shí)驗(yàn) 綜合得出經(jīng)驗(yàn)公式 一 尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 1 實(shí)驗(yàn)方法 1 選擇一組不同相對(duì)粗糙度的人工粗糙管 f Re d 2020 3 22 37 2 實(shí)驗(yàn)裝置 2020 3 22 38 3 具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 對(duì)不同相對(duì)糙度的管路 分別測(cè)得一系列Q hf t L d 1 計(jì)算 2020 3 22 39 2 做Re 曲線 如圖 2020 3 22 40 2 實(shí)驗(yàn)分析 據(jù) 的變化特征分為五個(gè)區(qū) 此區(qū)極窄 無(wú)實(shí)際意義 2020 3 22 41 2020 3 22 42 3 計(jì)算 莫迪圖6 17 半經(jīng)驗(yàn)半理論公式 6 33 光滑管區(qū) 6 34 粗糙管區(qū) 2020 3 22 43 二 速度分布 2020 3 22 44 三 沿程阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式 1 經(jīng)驗(yàn)公式 2020 3 22 45 2 謝才公式 通常用于明渠均勻流 所以有 2020 3 22 46 1 曼寧公式 2 巴甫洛夫公式 3 謝才系數(shù) 2020 3 22 47 6 7局部損失 局部損失與沿程損失一樣 不同的流態(tài)所遵循的規(guī)律也不同 目前能用理論公式推導(dǎo)出的只有突然擴(kuò)大的局部損失計(jì)算 其它計(jì)算均由實(shí)驗(yàn)而得 因大多數(shù)的流動(dòng)為紊流 故在此只研究紊流時(shí)的局部損失計(jì)算 2020 3 22 48 一 局部損失分析 1 損失產(chǎn)生的部位 非均勻流段 如固體邊壁發(fā)生突變 流體流向發(fā)生改變等 2020 3 22 49 2 損失產(chǎn)生的原因 1 當(dāng)固體邊壁發(fā)生突變時(shí) 流體由于存在慣性 不能隨邊壁發(fā)生突變 故在主流與邊壁之間形成大量的旋渦 加劇湍流的脈動(dòng) 這是引起損失的主要原因 另外旋渦區(qū)的渦體不斷被帶向下游 又加劇了下游一定范圍內(nèi)的能量損失 而旋渦區(qū)不斷產(chǎn)生新的渦體 其能量來(lái)自主流 從而又不斷消耗主流的能量 2020 3 22 50 2 二次流也是損失產(chǎn)生的原因 二次流使局部損失進(jìn)一步加劇 2020 3 22 51 3 局部損失的構(gòu)成 2020 3 22 52 二 局部損失計(jì)算公式 f Re d 斷面改變 可由實(shí)驗(yàn)得到或查相關(guān)表格 2020 3 22 53 三 幾種典型的局部損失計(jì)算 1 突擴(kuò)管路局部損失計(jì)算 可依據(jù)動(dòng)量方程 能量方程 連續(xù)性方程推導(dǎo)之 2020 3 22 54 公式推導(dǎo)的幾個(gè)假設(shè)條件 2020 3 22 55 如表6 5 2 其它可參照局部系數(shù)表格 四 各種局部阻力之間的相互干擾 書上表格中所給出的局部損失系數(shù)一般是指在局部阻礙前后都有足夠長(zhǎng)的管段 使流入和流出局部阻礙的流動(dòng)具有恢復(fù)均勻流正常流速分布與脈動(dòng)強(qiáng)度的條件下所測(cè)得的 局部損失也包括阻礙范圍內(nèi)的損失及影響長(zhǎng)度內(nèi)的附加損失 當(dāng)兩局部阻礙較近時(shí) 會(huì)產(chǎn)生相互干擾 而相互干擾的結(jié)果則有可能使損失增大 也有可能使其減小 故對(duì)一般的局部損失應(yīng)加以修正 但目前尚無(wú)甚解決辦法 在實(shí)際工程中為安全起見(jiàn) 通常按互不影響來(lái)單獨(dú)計(jì)算之 然而再相加 2020 3 22 56 四 水頭線及其繪制 1 水頭線 表示總流沿程能量變化的幾何圖示 2 水頭線的繪制 步驟 2020 3 22 57 4 從起始斷面的總水頭依次減去各項(xiàng)損失 得各斷面