第3章流體動力學

1、第三章第三章 流體動力學基礎(chǔ)流體動力學基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 描述流體運動的方法描述流體運動的方法流體連續(xù)介質(zhì)假設流體連續(xù)介質(zhì)假設將流體看作為由無數(shù)個流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)，并且將流體看作為由無數(shù)個流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)，并且無間隙地充滿它所占據(jù)的空間。于是，描述流體運動的各無間隙地充滿它所占據(jù)的空間。于是，描述流體運動的各物理量物理量( (如速度、加速度等如速度、加速度等) )均可以看作是空間點和時間的均可以看作是空間點和時間的連續(xù)函數(shù)，且流體質(zhì)點是流體力學研究的最小單元。連續(xù)函數(shù)，且流體質(zhì)點是流體力學研究的最小單元。描述流體運動的兩種方法描述流體運動的兩種方法依分析問題著眼點的不同分為：依分

2、析問題著眼點的不同分為：物質(zhì)體方法和場方法物質(zhì)體方法和場方法 一、物質(zhì)體方法一、物質(zhì)體方法 跟蹤觀察某個流體質(zhì)點的運動軌跡，用它的空間位置隨時跟蹤觀察某個流體質(zhì)點的運動軌跡，用它的空間位置隨時間的變化來描述其運動規(guī)律間的變化來描述其運動規(guī)律又稱為又稱為拉格朗日法拉格朗日法。位置坐標位置坐標 trr質(zhì)點的速度質(zhì)點的速度 0d ( )limdttttttt rr( +)-r( )V0d (t)limdtVt V(t +t)-V(t)at質(zhì)點的加速度質(zhì)點的加速度 可以直接應用牛頓第二定律建立基本運動方程。可以直接應用牛頓第二定律建立基本運動方程。二、場方法二、場方法( (歐拉法歐拉法) )針對群體運

3、動行為進行描述的方法。通過觀測不同流體質(zhì)針對群體運動行為進行描述的方法。通過觀測不同流體質(zhì)點連續(xù)地流過該空間點時的運動參數(shù)隨時間和空間的變化點連續(xù)地流過該空間點時的運動參數(shù)隨時間和空間的變化來分析流體的運動規(guī)律。來分析流體的運動規(guī)律。流場流場流體質(zhì)點經(jīng)過的空間。流體質(zhì)點經(jīng)過的空間。流動參量：表述流體運動的基本參量，如流動參量：表述流體運動的基本參量，如V, P, T等。等。 表示方法：流動參量均可表示成空間坐標和時間的函數(shù)，表示方法：流動參量均可表示成空間坐標和時間的函數(shù)，即即 , , ,x y z tVV, , ,pp x y z t, , ,x y z t, , ,TT x y z t說明

4、：此處位置坐標與時間均為獨立變量。說明：此處位置坐標與時間均為獨立變量。實際中廣泛采用場方法研究流體的運動特性，因為實際實際中廣泛采用場方法研究流體的運動特性，因為實際中，通常無需知道每個流體質(zhì)點在運動過程中的詳細歷中，通常無需知道每個流體質(zhì)點在運動過程中的詳細歷史，多數(shù)關(guān)注的是群體流體質(zhì)點作為一個整體，在運動史，多數(shù)關(guān)注的是群體流體質(zhì)點作為一個整體，在運動過程中的狀況及對外界的影響，即群體行為。過程中的狀況及對外界的影響，即群體行為。 第二節(jié)第二節(jié) 流場的若干概念流場的若干概念1 1、跡線、跡線 ( (一個質(zhì)點，一段時間一個質(zhì)點，一段時間) ) 跡線是某一質(zhì)點在流場中的運動軌跡，它是物質(zhì)體方

5、跡線是某一質(zhì)點在流場中的運動軌跡，它是物質(zhì)體方法對流體運動的幾何表示。法對流體運動的幾何表示。跡線方程為跡線方程為流體質(zhì)點的速度流體質(zhì)點的速度ddd,dddxyzuvwttt ddddxyztuvw時間時間 t 為自變量為自變量 2、流線、流線 （某一瞬時，多個質(zhì)點（某一瞬時，多個質(zhì)點 ） 流線是某一瞬間在流場中所作的一條曲線，這條線上的流線是某一瞬間在流場中所作的一條曲線，這條線上的各點在該瞬間的速度方向與曲線的切線方向重合。各點在該瞬間的速度方向與曲線的切線方向重合。流線示意圖流線示意圖注意：流線為某一瞬時的曲線，若另一瞬時流場改變了，注意：流線為某一瞬時的曲線，若另一瞬時流場改變了，則流

6、線也隨之發(fā)生變化。則流線也隨之發(fā)生變化。 ddd, , , , , , ,xyzu x y z tv x y z tw x y z t時間時間 t 為參變量為參變量 d 0d d dVLu v wxyz ij k流線方程流線方程由流線的定義知，空間點上流體質(zhì)點的速度與流線相切。由流線的定義知，空間點上流體質(zhì)點的速度與流線相切。根據(jù)矢量分析，這兩個矢量的矢量積應等于零，即根據(jù)矢量分析，這兩個矢量的矢量積應等于零，即流線的性質(zhì)流線的性質(zhì)瞬時性瞬時性 對于定常流動，流線的形狀不隨時間改變；而對于非定常流動，不同時刻的流線具有不同的形狀。集合性集合性 流線的形狀由若干流體質(zhì)點在同一時刻的速度共同決定。

7、光滑性光滑性 流線是光滑的曲線，不能轉(zhuǎn)折，也不會相交。有向性有向性 流線用速度的方向來定義，應該標明流向。可重合性可重合性 在定常流動中，流線與跡線重合，流體質(zhì)點沿著流線運動。例例 3-1 流體流體流動的速度場為流動的速度場為22xtytVi -j，試確定在試確定在1t時，通過時，通過（2,1）點的流線方程。點的流線方程。 解解： 由由流線的微分方程流線的微分方程 dddxyzuvw 即即有有 22ddxyxtyt 及及 d0z 知，在知，在zc的水平面上，當?shù)乃矫嫔?，?t 時時，有流線方程的微分形式有流線方程的微分形式 ddxyxy 即即： ddd0y xx yxy 積分，得積分，得 x

8、yc 將將 21xy，代入代入上式，上式，得得 2C 故在故在zc的水平面上，當?shù)乃矫嫔?，?t時，通過時，通過）， 12(點的流線方程為點的流線方程為 2xy 已知平面流動的流速分布為其中y0，k為常數(shù)。試求：流線方程；跡線方程。 【解】據(jù)y0知，流體流動僅限于xy半平面內(nèi)，且運動要素與時間t無關(guān)，初步判斷為恒定流。流線方程： 積分得：該流線為一組等角雙曲線。 ,xyukx uky kyykxxddcxy 跡線方程： 積分得：與流線方程相同，說明恒定流動時，流線與跡線在幾何上完全重合。tkyykxxdddktktecyecx21,ccceeccxyktkt2121與各流線相垂直的截面稱為有

9、效截面。與各流線相垂直的截面稱為有效截面。流線為平行直線時，有效截面為平面；流線為平行直線時，有效截面為平面；流線不相平行時，有效截面為曲面，如圖所示。流線不相平行時，有效截面為曲面，如圖所示。3 3、有效截面、有效截面有效截面和流線有效截面和流線 4、流量和平均流速、流量和平均流速單位時間內(nèi)通過有效截面的流體量稱為經(jīng)過該截面的流量。單位時間內(nèi)通過有效截面的流體量稱為經(jīng)過該截面的流量。流量的表示流量的表示 體積流量體積流量質(zhì)量流量質(zhì)量流量 VqmqAdVqVAVA=AdmqVAVA=V：截面的平均速度：截面的平均速度平均流速平均流速VqVA5 5、定常流動和非定常流動、定常流動和非定常流動依據(jù)

10、流動參量是否隨時間變化：定常流動和非定常流動依據(jù)流動參量是否隨時間變化：定常流動和非定常流動定常流定常流( (恒定流恒定流) )：, ,0 x y zt非定常流非定常流( (非恒定非恒定流流):):, , ,0 xty z t6、一維、二維和三維流動、一維、二維和三維流動三維流動：流場中的流動參量依賴于空間三個坐標；三維流動：流場中的流動參量依賴于空間三個坐標；二維流動：流場中的流動參量依賴于空間二個坐標；二維流動：流場中的流動參量依賴于空間二個坐標；一維流動：僅依賴于一個空間變量的流動。一維流動：僅依賴于一個空間變量的流動。滿足工程實際所需精度要求的條件下，盡可能減少空滿足工程實際所需精度要

11、求的條件下，盡可能減少空間維數(shù)：即將三維流動簡化為二維流動；二維流動簡間維數(shù)：即將三維流動簡化為二維流動；二維流動簡化為一維流動進行求解?；癁橐痪S流動進行求解。 如圖所示的漸擴管內(nèi)的不可壓縮粘性流體的流動問題，如圖所示的漸擴管內(nèi)的不可壓縮粘性流體的流動問題，流體質(zhì)點的速度既是半徑流體質(zhì)點的速度既是半徑r 的函數(shù)，又是軸向距離的函數(shù)，又是軸向距離x 的函數(shù)，的函數(shù)，顯然是二維流動問題。但若取一個截面上的平均速度研究，顯然是二維流動問題。但若取一個截面上的平均速度研究，則問題就簡化為一維流動，即平均速度僅是軸向距離則問題就簡化為一維流動，即平均速度僅是軸向距離x 的函的函數(shù)。數(shù)。rxvxvx7 7

12、、平行直線流、漸變流和急變流、平行直線流、漸變流和急變流平行直線流平行直線流 ：流線為平行直線族的流動。：流線為平行直線族的流動。漸變流（緩變流）：流線可近似看作平行直線的流動。漸變流（緩變流）：流線可近似看作平行直線的流動。急變流：流速方向發(fā)生較大或連續(xù)變化等情況的流動。急變流：流速方向發(fā)生較大或連續(xù)變化等情況的流動。 平行直線流、漸變流和急變流示意圖平行直線流、漸變流和急變流示意圖 漸變流過流斷面近似為平面漸變流過流斷面上流體動壓強近似按流體靜壓強分布，即pzCg8、有壓流與無壓流如果流體充滿整個管道的斷面，而沒有自由表面，這種如果流體充滿整個管道的斷面，而沒有自由表面，這種管道稱為有壓管

13、道，有壓管道中的流體稱為有壓流。管道稱為有壓管道，有壓管道中的流體稱為有壓流。相反，則是無壓流。相反，則是無壓流。質(zhì)量守恒定律：質(zhì)量守恒定律：物質(zhì)體的角度物質(zhì)體的角度：包含在一流體系統(tǒng)中的流體：包含在一流體系統(tǒng)中的流體質(zhì)量在運動過程中保持不變。質(zhì)量在運動過程中保持不變。流場的角度流場的角度：在一固定空間中的流體質(zhì)量在：在一固定空間中的流體質(zhì)量在dtdt時間內(nèi)的增加量恰好等于在此段時間內(nèi)通過時間內(nèi)的增加量恰好等于在此段時間內(nèi)通過其表面流入的質(zhì)量減去流出的質(zhì)量。其表面流入的質(zhì)量減去流出的質(zhì)量。流體運動的基本方程流體運動的基本方程一、連續(xù)性方程一、連續(xù)性方程設在流場中任取一個微元平行設在流場中任取一

14、個微元平行六面體，其邊長分別為六面體，其邊長分別為dx、dy和和dz，形心的坐標為，形心的坐標為x、y、 z，在某一瞬時在某一瞬時t 經(jīng)過形心的流體質(zhì)經(jīng)過形心的流體質(zhì)點沿各坐標軸的速度分量為點沿各坐標軸的速度分量為u、v、w，密度為，密度為。分析流體在運動過程中該微元分析流體在運動過程中該微元六面體內(nèi)質(zhì)量的變化。六面體內(nèi)質(zhì)量的變化。在在 x 軸方向軸方向，dt時間內(nèi)通過表面時間內(nèi)通過表面 EFGH 流入的質(zhì)量是流入的質(zhì)量是 dd()()d d d22xuxuy z txx由表面由表面ABCD流出的質(zhì)量是流出的質(zhì)量是 dd()()d d d22xuxuy z txx在在dt 時間內(nèi)沿時間內(nèi)沿x軸

15、方向凈流入的質(zhì)量為軸方向凈流入的質(zhì)量為 d d d dux y z txx x方向：方向：11(d )(d )d d d2211(d )(d )d d d22()d d d dxumx uxy z txxux uxy z txxux y z tx 同理，在同理，在 y 方向和方向和 z 方向上方向上 dt 時間通過相應表面凈流入的時間通過相應表面凈流入的質(zhì)量分別為質(zhì)量分別為d d d dvx y z tyd d d dwx y z tzdt 時間通過該微元六面體凈流入的質(zhì)量為時間通過該微元六面體凈流入的質(zhì)量為 +d d d duvwx y z txyz在在dt 時間內(nèi)，質(zhì)量的增加量為時間內(nèi)，質(zhì)

16、量的增加量為 d d d dx y z tt根據(jù)質(zhì)量守恒定律根據(jù)質(zhì)量守恒定律+d d d dd d d duvwx y z tx y z txyzt0uvwtxyz-連續(xù)性方程連續(xù)性方程意義：表達了任何意義：表達了任何可實現(xiàn)可實現(xiàn)的流體流動必須滿足的質(zhì)量的流體流動必須滿足的質(zhì)量守恒條件守恒條件（1 1）定常流動）定常流動0uvwxyz0uvwtxyz上式表明，對于定常流動，在相同時間內(nèi)流入和流出系上式表明，對于定常流動，在相同時間內(nèi)流入和流出系統(tǒng)的質(zhì)量應相等。統(tǒng)的質(zhì)量應相等。（2）不可壓縮流體）不可壓縮流體，密度為常數(shù)，密度為常數(shù)0uvwxyz流體做定常流動時，流場內(nèi)的各物理量均不隨時間改變，

17、流體做定常流動時，流場內(nèi)的各物理量均不隨時間改變，則則1 斷面上單位時間內(nèi)流入的流體質(zhì)量應等于斷面上單位時間內(nèi)流入的流體質(zhì)量應等于2 斷面流出斷面流出的流體質(zhì)量，的流體質(zhì)量， 即即 12()()uAuAC若是不可壓縮的均質(zhì)流體，則連續(xù)性方程為：若是不可壓縮的均質(zhì)流體，則連續(xù)性方程為：流體運動的連續(xù)性方程是不涉及任何作用力的運動學方程，流體運動的連續(xù)性方程是不涉及任何作用力的運動學方程，因此對實際流體和理想流體均適用。因此對實際流體和理想流體均適用。1122u Au AC假設不可壓縮流體的流速場為假設不可壓縮流體的流速場為 試判斷該流動是否可能存在。試判斷該流動是否可能存在。判斷流動是否可能存在

18、，主要看其是否滿判斷流動是否可能存在，主要看其是否滿足連續(xù)性微分方程。足連續(xù)性微分方程。 本題本題 滿足滿足 故該流動可能存在。故該流動可能存在。( , ),0 xyzuf y z uu0zuyuxuzyx0zuyuxuzyx二、運動微分方程二、運動微分方程流體的運動與其所受外力之間的關(guān)系，應遵循動量守恒流體的運動與其所受外力之間的關(guān)系，應遵循動量守恒定律定律牛頓第二定律。牛頓第二定律。1 1、理想流體的運動微分方程、理想流體的運動微分方程理想流體運動時不產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，所以作用在流體微團理想流體運動時不產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，所以作用在流體微團上的外力只有質(zhì)量力和壓強。上的外力只有質(zhì)量力和壓強。假設假設

19、六面體形心的坐標六面體形心的坐標為為x、y、z，速度、壓強分別為，速度、壓強分別為u、v、w、p，單位質(zhì)量力為，單位質(zhì)量力為 f . 先分析先分析 y 方向的運動方向的運動 左右兩個平面中心點處的壓強分別為左右兩個平面中心點處的壓強分別為dd,22pypyppyy作用在流體微團上的質(zhì)量力在作用在流體微團上的質(zhì)量力在 y 方向的分量方向的分量 d d dyfx y z沿沿y方向牛頓第二定律的表達式為方向牛頓第二定律的表達式為 dddd d dd dd dd d d22dypypyvfx y zpz xpz xx y zyyt將上式各項除以流體微團的質(zhì)量將上式各項除以流體微團的質(zhì)量 d d dx

20、y z1ddpvfyty得到得到 y 方向的運動微分方程方向的運動微分方程類似地，在類似地，在 x 和和 z 兩個方向上，分別有兩個方向上，分別有1dd1ddpufxtpwfztxz理想流體的運動微分方程理想流體的運動微分方程歐拉平衡微分方程歐拉平衡微分方程 歐拉運動微分方程歐拉運動微分方程11d0d11dv0d11d0d11d0dxxyyzzppuffxxtppffyytppwffzztpptuff分量式矢量式,0,0,00 xyzxyzmappf f ff f fFFa力學方程表面力質(zhì)量力慣性力 平衡流體平衡流體 運動（理想）運動（理想）流體流體在一般情況下，作用在流體上的質(zhì)量力在一般情況

21、下，作用在流體上的質(zhì)量力fx、 fy 和和 fz 是已知是已知的，對理想不可壓縮流體其密度的，對理想不可壓縮流體其密度為一常數(shù)。在這種情況為一常數(shù)。在這種情況下，方程組中有四個未知數(shù)下，方程組中有四個未知數(shù)u、v、w和和p，而方程僅有三，而方程僅有三個，為此需加上不可壓縮流體的連續(xù)性方程，這樣方程個，為此需加上不可壓縮流體的連續(xù)性方程，這樣方程組封閉，從理論上提供了求解的可能性。組封閉，從理論上提供了求解的可能性。 方程組的封閉性問題方程組的封閉性問題2、實際流體的運動微分方程、實際流體的運動微分方程實際流體運動時，作用于微元六面體各個面上的應力不實際流體運動時，作用于微元六面體各個面上的應力

22、不僅有法向應力，僅有法向應力，還有由于粘性產(chǎn)生的切向應力還有由于粘性產(chǎn)生的切向應力。微元六面體形微元六面體形心處的法向應心處的法向應力用力用 p 表示，表示，切向應力用切向應力用 表示，它們都表示，它們都有兩個下標，有兩個下標，第一個表示應第一個表示應力所在平面的力所在平面的法線方向，第法線方向，第二個表示應力二個表示應力本身的方向。本身的方向。根據(jù)牛頓第二定律，寫出沿根據(jù)牛頓第二定律，寫出沿y y方向的運動微分方程方向的運動微分方程 ddd d dd d dd dd2ddd dd d22ddd dd d22dd d2yyyyyxyzyxyzyyyxyyyxyzyzypvyx y zfx y

23、zpx ztyxzy zx yxzpyxpx zy zyxzx yz化簡后，得化簡后，得 y 方向的運動微分方程方向的運動微分方程d1dyyxyzypvftyxzy同理可得同理可得d1dyxxxzxupftxyzxd1dyzzzxzwpftzxyz以應力形式表示的粘性流體的運動微分方程以應力形式表示的粘性流體的運動微分方程不可壓縮粘性流體的運動微分方程不可壓縮粘性流體的運動微分方程動量定理動量定理: :單位時間內(nèi)運動物體的動量變化等于單位時間內(nèi)運動物體的動量變化等于作用于該物體上外力的總和。作用于該物體上外力的總和。動量方程動量方程(運動流體與固體壁面間的作用力運動流體與固體壁面間的作用力）2

24、211()FQVV212121()()()xyzFQ uuFQ vvFQ ww分量形式為 上式表明：作用于流體系統(tǒng)上的外力等于系統(tǒng)流出與上式表明：作用于流體系統(tǒng)上的外力等于系統(tǒng)流出與流入的動量差，與系統(tǒng)中的內(nèi)力及動量變化無關(guān)。流入的動量差，與系統(tǒng)中的內(nèi)力及動量變化無關(guān)。平面圖設平面圖設計的依據(jù)計的依據(jù)例（河流問題）如圖所示矩形斷面平坡渠道中水流例（河流問題）如圖所示矩形斷面平坡渠道中水流越過一平頂障礙物。已知越過一平頂障礙物。已知h h1 1=2m=2m，h h2 2=0.5m=0.5m，渠寬，渠寬b=1.5mb=1.5m，渠道通過能力，渠道通過能力 ，試求水流對障，試求水流對障礙物的沖擊力礙

25、物的沖擊力R R31.5m /sq 平面圖設平面圖設計的依據(jù)計的依據(jù)解：取圖示控制體，并進行受力分析；解：取圖示控制體，并進行受力分析； 建立建立xozxoz坐標系；坐標系； 在在x x方向建立動量方程方向建立動量方程 （?。ㄈ?）20.5h 121.0式中：式中：1221111222()29.5kN21.8kN2PPRq vvhPgbhhPgbh平面圖設平面圖設計的依據(jù)計的依據(jù)11220.5m/s2.0m/sqvbhqvbh代入動量方程，得kNR31.25故水流對障礙物迎水面的沖擊力 kNRR31.25平面圖設平面圖設計的依據(jù)計的依據(jù)1390 ,1 122L3.14mZ2m1 1P117.6

26、kN / m2hw0.1md0.2mq0.06m /s 例（管流問題）有一沿鉛垂放置的彎管如圖所示，彎頭轉(zhuǎn)角為起始斷面與終止斷面間的軸線長度（即彎管內(nèi)水重不可忽略），兩斷面中心高差，已知斷面中心處壓強，兩斷面之間的水頭損失，管徑。試求當管中通過流量時，水流對彎頭的作用力 。 22222122210 060 061 91m/s43 14 0 2 422 2212022()136 2kN/mwwq.v.Ad.pppvavzhggggppgzh. 【解】求管中流速求斷面中心處壓強以斷面為基準面，從列能量方程得得2221122220 97kN41 1223 140 2117 63 69kN443 14

27、0 2136 24 28kN44GgVg ld.d.( . )Fp.d.( . )Fp. 彎頭內(nèi)水重計算作用于斷面與上動水總壓力1122 x(0)3 80kNy(0)3 42kNxxyyFRqvRFqv.FGRqvRFGqv. 取控制體、進行受力分析、建立坐標系在 方向列動量方程在 方向列動量方程22223 803 425 11kNRx41 99RyxyxRRR( .)( .).Rarctg().R管壁對水流的總作用力作用力 與水平軸 的夾角水流對管壁的作用力與 大小相等，方向相反。平行直線流斷面上的壓強關(guān)系式平行直線流斷面上的壓強關(guān)系式sincosgg fik定常平行直線流在定常平行直線流在

28、xoz 坐標系中的基本方程即可簡化為：坐標系中的基本方程即可簡化為： 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 0ux （a） 運動方程運動方程 x方向方向分式分式 2210sinpugxz （b） 運動方程運動方程 y方向方向分式分式 10py （c） 運動方程運動方程 z方向方向分式分式 10cospgz （d） 1( )pgzc x ( )pzc xg與靜止流體中的壓強分布很相似，說明與靜止流體中的壓強分布很相似，說明在平行直線流區(qū)域，在平行直線流區(qū)域，任一點上流體的靜水頭只沿流向距離改變。當然，不同的有任一點上流體的靜水頭只沿流向距離改變。當然，不同的有效截面上有不同的常數(shù)值。效截面上有不同的常數(shù)值。1(

29、 )pgzc x ( )pzc xg或或0( )pzc xg常數(shù)12()()ppzzgg平行直線流平行直線流斷面斷面上各點之間的壓強關(guān)系式。上各點之間的壓強關(guān)系式。 意義：意義：依據(jù)這個關(guān)系式，可以在平行直線流的斷面上采用依據(jù)這個關(guān)系式，可以在平行直線流的斷面上采用測量靜止流體壓強的方法來測量運動流體的壓強。測量靜止流體壓強的方法來測量運動流體的壓強。不可壓縮實際流體的運動微分方程不可壓縮實際流體的運動微分方程水頭損失的兩種形式whgVgpzgVgpz222222221111 流體在運動過程中因克服阻力而耗損的機械能稱為水頭損失。 任意兩個斷面的伯努利方程：h h w w為損失水頭為損失水頭h

30、 h w w分為兩類分為兩類: :沿程損失沿程損失h h f f 和局部損失和局部損失h h j j 沿程損失沿程損失：發(fā)生在直管段，由于流體克服粘性阻力而損失的能量。流程越長，損失的能量越多。 局部損失局部損失：發(fā)生在連接元件附近的損耗，由于流動邊界形狀突然變化引起的流線彎曲以及邊界層分離而產(chǎn)生的水頭損失。流體不僅沿流道向前運動，還有大量的碰撞、渦旋、回流等發(fā)生。 沿程損失 局部損失 總損失1 2mnwfjhhh gVDLhf22 gVhj22為沿程阻力系數(shù)為沿程阻力系數(shù)為局部阻力系數(shù)為局部阻力系數(shù)KKDBACE（a）（b）（c）層流與湍流層流與湍流雷諾實驗:雷諾實驗:層流層流各流體層之間互

31、不干擾，互不相混，整個流場中呈一各流體層之間互不干擾，互不相混，整個流場中呈一簇互相平行的流線簇互相平行的流線湍流（或紊流）湍流（或紊流）流動處于完全無規(guī)則的混亂狀態(tài)，流場中，流動處于完全無規(guī)則的混亂狀態(tài)，流場中，流體質(zhì)點作復雜的無規(guī)則的運動流體質(zhì)點作復雜的無規(guī)則的運動由層流由層流紊流時極限值紊流時極限值 上臨界速度上臨界速度由紊流由紊流層流時極限值層流時極限值 下臨界速度下臨界速度crVcrV流體的流動狀態(tài)是層流還是紊流，不僅與流體的斷面平均流體的流動狀態(tài)是層流還是紊流，不僅與流體的斷面平均流速有關(guān)，還與管徑、流體密度和粘度有關(guān)，上述幾個因流速有關(guān)，還與管徑、流體密度和粘度有關(guān)，上述幾個因素

32、用一個無量綱數(shù)素用一個無量綱數(shù)雷諾數(shù)表示為雷諾數(shù)表示為ReVdVd由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯睦字Z數(shù)為臨界雷諾數(shù)。由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯睦字Z數(shù)為臨界雷諾數(shù)。與上臨界速度對應的與上臨界速度對應的ReRe為上臨界為上臨界ReRecrcr 與下臨界速度對應的與下臨界速度對應的ReRe為下臨界為下臨界ReRecrcr當雷諾數(shù)在上下雷諾數(shù)中間時，流動可能是層流，也可當雷諾數(shù)在上下雷諾數(shù)中間時，流動可能是層流，也可能是湍流，所以上臨界雷諾數(shù)在工程上沒有實用意義，能是湍流，所以上臨界雷諾數(shù)在工程上沒有實用意義，通常把下臨界雷諾數(shù)作為判別層流湍流的準則數(shù)。通常把下臨界雷諾數(shù)作為判別層流湍流的準則數(shù)。Re=2000Re=20

33、00為臨界雷諾數(shù)為臨界雷諾數(shù)Re2000Re2000Re2000為湍流。為湍流。層流流動的特征層流流動的特征湍流運動的特點湍流運動的特點 湍流是一種隨機的、非定常的、由各種尺寸的漩渦組湍流是一種隨機的、非定常的、由各種尺寸的漩渦組成的三維有旋流動。在湍流中，流體各點的流動參數(shù)隨時成的三維有旋流動。在湍流中，流體各點的流動參數(shù)隨時間和空間作隨機變化。間和空間作隨機變化。 Tt0t0+Ttuuuu右圖為湍流流場中用高精度右圖為湍流流場中用高精度的熱風速儀測量得到的某一的熱風速儀測量得到的某一點流體質(zhì)點運動速度點流體質(zhì)點運動速度, ,該點該點的速度有兩個特征：的速度有兩個特征：特征：特征：1）速度隨時間的變化呈無規(guī)則的隨機性脈動；2）存在著一個平均值，脈動圍繞在平均值附近進行，則其速速可表示為：01,TuuuuudtTuuu時均