流體力學(xué)體驗(yàn)阻力流動(dòng)阻力與計(jì)算PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1流體力學(xué)流體力學(xué)(li t l xu)體驗(yàn)阻力流動(dòng)阻力與體驗(yàn)阻力流動(dòng)阻力與計(jì)算計(jì)算第一頁，共41頁。第1頁/共41頁第二頁，共41頁。流動(dòng)(lidng)形態(tài)與阻力第2頁/共41頁第三頁，共41頁。第3頁/共41頁第四頁，共41頁。(a)(b)(c)第4頁/共41頁第五頁，共41頁。kkvvvkkvvv第5頁/共41頁第六頁，共41頁。臨界臨界(ln ji)雷諾數(shù)雷諾數(shù)第6頁/共41頁第七頁，共41頁。速度速度(sd)(sd)分布分布流量流量(liling)(liling)最大速度最大速度泊肅葉泊肅葉 - - 哈根方程哈根方程第7頁/共41頁第八頁，共41頁。湍流湍流(tunli)(tu

2、nli)脈動(dòng)現(xiàn)象脈動(dòng)現(xiàn)象與時(shí)均速度與時(shí)均速度 流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中，不斷地互相摻混，引起質(zhì)點(diǎn)間的碰撞和摩擦，產(chǎn)生了無數(shù)旋渦，形成了湍流的脈動(dòng)性，這些旋渦是造成速度等參數(shù)脈動(dòng)的原因。湍流是一種不規(guī)則的流動(dòng)(lidng)狀態(tài)，其流動(dòng)(lidng)參數(shù)隨時(shí)間和空間作隨機(jī)變化，因而本質(zhì)上是三維非定常流動(dòng)(lidng)，且流動(dòng)(lidng)空間分布著無數(shù)大小和形狀各不相同的旋渦。因此，可以簡單地說，湍流是隨機(jī)的三維非定常有旋流動(dòng)(lidng)。流動(dòng)(lidng)參數(shù)的變化稱為脈動(dòng)現(xiàn)象。 第8頁/共41頁第九頁，共41頁。 時(shí)間時(shí)間t1內(nèi)，速度內(nèi)，速度(sd)的平均值的平均值稱為時(shí)均速度稱為時(shí)均速度(sd

3、)，定義為：，定義為：101d1ttutuuuu 湍流湍流(tunli)中某一點(diǎn)瞬中某一點(diǎn)瞬時(shí)速度可用下式表示：時(shí)速度可用下式表示：0upppuuuuuuuuu第9頁/共41頁第十頁，共41頁。雷諾應(yīng)力雷諾應(yīng)力(yngl) yv)(xttvddyvlxtdd2第10頁/共41頁第十一頁，共41頁。max84. 0uv max84. 0uv 410-4Re1.1105時(shí)，時(shí)，m=1/6 110-5Re3.2106時(shí)，時(shí)，m=1/10 第11頁/共41頁第十二頁，共41頁。第12頁/共41頁第十三頁，共41頁。 水力光滑面和粗糙面并非完全取決于固體邊界水力光滑面和粗糙面并非完全取決于固體邊界(bi

4、nji)表面本身是光滑還是粗糙，表面本身是光滑還是粗糙，而必須依據(jù)粘性底層和絕對粗糙度兩者的相對大小來確定，即使同一固體邊壁，在某一而必須依據(jù)粘性底層和絕對粗糙度兩者的相對大小來確定，即使同一固體邊壁，在某一雷諾數(shù)下是光滑面，而在另一雷諾數(shù)下是粗糙面。雷諾數(shù)下是光滑面，而在另一雷諾數(shù)下是粗糙面。第13頁/共41頁第十四頁，共41頁。管內(nèi)(un ni)流動(dòng)的摩擦阻力第14頁/共41頁第十五頁，共41頁。第15頁/共41頁第十六頁，共41頁。gphf28Rlpvgvdlgdv ldvgRv lhf22648222Re6464dv第16頁/共41頁第十七頁，共41頁。)/(Re,rf第17頁/共41

5、頁第十八頁，共41頁。）層流）層流(cn li)(cn li)區(qū)區(qū)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在直線實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在直線abab上上Re64(Re);,Re;2000Ref）層流向紊流的過渡區(qū)）層流向紊流的過渡區(qū)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在bcbc區(qū)間區(qū)間(q jin)(q jin)內(nèi)內(nèi), ,無具體計(jì)算式無具體計(jì)算式(Re);4000Re2000f3 3）水力）水力(shul)(shul)光滑區(qū)光滑區(qū)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在直線實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在直線cdcd上上,Re;(Re);)/(98.26Re40007/8fd)Re35. 9lg(214. 11d)(Re,);/(2 .191Re)/(98.267/8rfdd4 4）水力光滑向水

6、力粗糙的過渡區(qū)）水力光滑向水力粗糙的過渡區(qū)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在cdefcdef區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)懷特公式懷特公式5)5)水力粗糙區(qū)水力粗糙區(qū)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)集中在efef區(qū)域后區(qū)域后)();/(2 .191Rerfd2)lg(214. 1 1d第18頁/共41頁第十九頁，共41頁。第19頁/共41頁第二十頁，共41頁。第20頁/共41頁第二十一頁，共41頁。管內(nèi)(un ni)流動(dòng)的變化與干擾第21頁/共41頁第二十二頁，共41頁。第22頁/共41頁第二十三頁，共41頁。突然突然(trn)擴(kuò)擴(kuò)大大突然突然(trn)縮縮小小閘閥閘閥三通三通(sn tn)匯流匯流管道彎頭管道彎頭管道進(jìn)口管道進(jìn)口第2

7、3頁/共41頁第二十四頁，共41頁。 局部水頭損失產(chǎn)局部水頭損失產(chǎn)生于邊界發(fā)生明顯改生于邊界發(fā)生明顯改變的地方，使水流形變的地方，使水流形態(tài)發(fā)生了很大的變化態(tài)發(fā)生了很大的變化。其特點(diǎn)為能耗大、。其特點(diǎn)為能耗大、能耗集中而且主要為能耗集中而且主要為旋渦紊動(dòng)損失。旋渦紊動(dòng)損失。 第24頁/共41頁第二十五頁，共41頁。)(cos1222221QlAApAp21coszzl22AQ gzzpp)()(1222121gppzzgzpgzphm2)(222221212122222111gppzzgzpgzphm2)(222221212122222111第25頁/共41頁第二十六頁，共41頁。ggAAhm

8、22121121221ggAAhm221222222122211)1 (AA2122) 1(AAggghm2)()(22211222221021AA11第26頁/共41頁第二十七頁，共41頁。2121AAk2121AAk2121AAk2121AAk第27頁/共41頁第二十八頁，共41頁。12AAk第28頁/共41頁第二十九頁，共41頁。 與擴(kuò)張角度與擴(kuò)張角度(jiod)有關(guān)的系數(shù)，有關(guān)的系數(shù)， 、 分別為小直徑管和大分別為小直徑管和大直徑管的沿程阻力系數(shù)，用上兩式計(jì)算沿程損失時(shí)速度以大直徑斷直徑管的沿程阻力系數(shù)，用上兩式計(jì)算沿程損失時(shí)速度以大直徑斷面的速度面的速度 為準(zhǔn)。為準(zhǔn)。 k122第29

9、頁/共41頁第三十頁，共41頁。1215 .0AA21AA 5 . 0第30頁/共41頁第三十一頁，共41頁。8 . 05 . 004. 02 . 004. 02 . 004. 02 . 0第31頁/共41頁第三十二頁，共41頁。21AA漸漸 第32頁/共41頁第三十三頁，共41頁。第33頁/共41頁第三十四頁，共41頁。04.02.004. 02 . 0d/R第34頁/共41頁第三十五頁，共41頁。 第35頁/共41頁第三十六頁，共41頁。第36頁/共41頁第三十七頁，共41頁。 水從水箱水從水箱(shuxing)經(jīng)水平圓管流出，開始為層流。在保持水位不變的條件經(jīng)水平圓管流出，開始為層流。在

10、保持水位不變的條件 下下，改變水的溫度，當(dāng)水溫由低向高增加時(shí)，出流量與水溫的關(guān)系應(yīng)為，改變水的溫度，當(dāng)水溫由低向高增加時(shí)，出流量與水溫的關(guān)系應(yīng)為(a) 流量隨水溫的增高而增加；流量隨水溫的增高而增加；(b) 流量隨水溫增高而減??；流量隨水溫增高而減??；(c) 開始流量隨水溫增高而顯著增加，當(dāng)水溫增高到某一值后，流量急劇減小，之開始流量隨水溫增高而顯著增加，當(dāng)水溫增高到某一值后，流量急劇減小，之 后流量變化很??；后流量變化很小；(d) 開始流量隨水溫增高而顯著減小，當(dāng)水溫增高到某一值后，流量急劇增加，之開始流量隨水溫增高而顯著減小，當(dāng)水溫增高到某一值后，流量急劇增加，之后后 流量變化很小。流量變

11、化很小。 圓管內(nèi)流動(dòng)處于層流狀態(tài)時(shí)，流動(dòng)主要受流體的粘性圓管內(nèi)流動(dòng)處于層流狀態(tài)時(shí)，流動(dòng)主要受流體的粘性支配，提高水溫支配，提高水溫(相當(dāng)于減小流體的粘度相當(dāng)于減小流體的粘度) 流量急劇增加。流量急劇增加。隨溫度升高，流體粘度減小，相應(yīng)隨溫度升高，流體粘度減小，相應(yīng)(xingyng)的雷諾數(shù)增的雷諾數(shù)增大到臨界時(shí)，流動(dòng)由層流過渡到湍流。在湍流情況下，湍大到臨界時(shí)，流動(dòng)由層流過渡到湍流。在湍流情況下，湍流阻力流阻力 (附加阻力附加阻力)大于粘性阻力，因此流量在出現(xiàn)湍流時(shí)大于粘性阻力，因此流量在出現(xiàn)湍流時(shí)減小。之后再提高水溫，粘性阻力雖然減小，但因湍流阻減小。之后再提高水溫，粘性阻力雖然減小，但因湍流阻力起支配主要，流量增加甚微。力起支配主要，流量增加甚微。 (1839年年GHagen 所做的實(shí)驗(yàn)所做的實(shí)驗(yàn))020406080tQ第37頁/共41頁第三十八頁，共41頁。 水箱中的水通過垂直管道向大氣水箱中的水通過垂直管道向大氣(dq)出流，設(shè)水水深為出流，設(shè)水水深為h， 管道直徑管道直徑 d，長，長度度 l，沿程阻力系數(shù)，沿程阻力系數(shù) ， 局局 部部 阻力系數(shù)阻力系數(shù) 。Hlg