第六章流動(dòng)阻力和水頭損失

1、第一節(jié)第一節(jié) 流動(dòng)阻力和水頭損失的分類(lèi)流動(dòng)阻力和水頭損失的分類(lèi)第二節(jié)第二節(jié) 黏性流體的兩種流態(tài)黏性流體的兩種流態(tài)第三節(jié)第三節(jié) 沿程水頭損失與剪應(yīng)力的關(guān)系沿程水頭損失與剪應(yīng)力的關(guān)系第四節(jié)第四節(jié) 圓管中的層流運(yùn)動(dòng)圓管中的層流運(yùn)動(dòng)第五節(jié)第五節(jié) 紊流運(yùn)動(dòng)紊流運(yùn)動(dòng)第六節(jié)第六節(jié) 紊流的沿程水頭損失紊流的沿程水頭損失第七節(jié)第七節(jié) 局部水頭損失局部水頭損失第八節(jié)第八節(jié) 邊界層概念與繞邊界層概念與繞流阻力流阻力* *【教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求】3 了解均勻流水頭損失、流速分布，掌握計(jì)算hf 公式、確定。1 理解水頭損失產(chǎn)生的原因及分類(lèi)，掌握水力半徑的概念。 2 理解流動(dòng)的兩種流態(tài)特點(diǎn)、判別及雷諾數(shù)Re的物理含義

2、。4 理解紊流特征、流區(qū)、流速分布規(guī)律，掌握紊流確定、hf計(jì)算。 5 理解hj產(chǎn)生，能正確選擇局部水頭損失系數(shù)計(jì)算局部水頭損失。 6 了解邊界層、繞流阻力的概念及計(jì)算?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1 1 了解流動(dòng)兩種流態(tài)的特點(diǎn)、判別方法，了解流動(dòng)兩種流態(tài)的特點(diǎn)、判別方法，雷諾數(shù)雷諾數(shù)ReRe的計(jì)算的計(jì)算。2 2 應(yīng)用達(dá)西公式計(jì)算沿程水頭損失，應(yīng)用達(dá)西公式計(jì)算沿程水頭損失，層流和紊流層流和紊流的確定的確定。 本章是流體力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。概念多、公式多，有雷諾實(shí)驗(yàn)、尼本章是流體力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。概念多、公式多，有雷諾實(shí)驗(yàn)、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)，理論公式、半經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)公式和系數(shù)多而且集中。古拉茲實(shí)驗(yàn)，理論公式、

3、半經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)公式和系數(shù)多而且集中。本章的學(xué)習(xí)應(yīng)緊緊圍繞達(dá)西公式中的沿程水頭損失系數(shù)本章的學(xué)習(xí)應(yīng)緊緊圍繞達(dá)西公式中的沿程水頭損失系數(shù)，會(huì)確定不，會(huì)確定不同流態(tài)與紊流各流區(qū)的同流態(tài)與紊流各流區(qū)的值和沿程水頭損失。值和沿程水頭損失。 l粘性是液流產(chǎn)生阻力和能量損失的內(nèi)在原因。粘性是液流產(chǎn)生阻力和能量損失的內(nèi)在原因。l本章主要解決能量方程中本章主要解決能量方程中 hw 的取值問(wèn)題。的取值問(wèn)題。問(wèn)題：理想液體和實(shí)際液體的區(qū)別？問(wèn)題：理想液體和實(shí)際液體的區(qū)別？有無(wú)粘滯性是理想液體和實(shí)際液體的本質(zhì)區(qū)別。有無(wú)粘滯性是理想液體和實(shí)際液體的本質(zhì)區(qū)別。 粘滯性是液流產(chǎn)生水頭損失的決定因素。粘滯性是液流產(chǎn)生水頭損

4、失的決定因素。二、水頭損失的基本計(jì)算公式二、水頭損失的基本計(jì)算公式例1 如圖水箱中的水通過(guò)直徑為d，長(zhǎng)度l，沿程阻力系數(shù)的鉛直管向大氣中泄水。什么條件下，流量Q與l無(wú)關(guān)。什么條件下，流量Q隨l加大而增加。什么條件下，流量Q隨l加大而減小。 解：解：對(duì)對(duì)1-11-1、2-22-2斷面，應(yīng)用伯努利方程得斷面，應(yīng)用伯努利方程得 whgvgpzgvgpz 222222221111 其中其中V1=0，p1=p2=pa，z1-z2=h+l，不計(jì)局部損失，沿程損失為，不計(jì)局部損失，沿程損失為 gvdlhhfw22 )/()(244222ldlhdgddVQ 0 dLdQ可令可令 ，得，得h=d/時(shí)，流量時(shí)，

5、流量Q與與l無(wú)關(guān)；無(wú)關(guān)；可令可令 ，得，得hd/時(shí)，流量時(shí)，流量Q隨隨l加大而減小。加大而減小。0 dLdQ0 dLdQ）失失水水頭頭損損失失（沿沿程程水水頭頭損損管管徑徑、流流速速影影響響fh 最初的研究結(jié)論：最初的研究結(jié)論：細(xì)管、流速小的情況下，水頭損失與平均流速的一次方成細(xì)管、流速小的情況下，水頭損失與平均流速的一次方成正比。正比。較粗管、流速大到一定程度，水頭損失與平均流速的較粗管、流速大到一定程度，水頭損失與平均流速的1.75-2.0次方成正比。次方成正比。 實(shí)際上是水流的流動(dòng)型態(tài)不同。實(shí)際上是水流的流動(dòng)型態(tài)不同。 雷諾實(shí)驗(yàn)證實(shí)：液體運(yùn)動(dòng)存在雷諾實(shí)驗(yàn)證實(shí)：液體運(yùn)動(dòng)存在層流層流和和紊流

6、紊流兩種型態(tài)。兩種型態(tài)。6.2.1 雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)示意圖雷諾實(shí)驗(yàn)示意圖a 為層流：質(zhì)點(diǎn)互不混摻，一層一層有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；為層流：質(zhì)點(diǎn)互不混摻，一層一層有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；b 為臨界流態(tài)，紅色溶液開(kāi)始呈波狀擺動(dòng)，個(gè)別流段上產(chǎn)為臨界流態(tài)，紅色溶液開(kāi)始呈波狀擺動(dòng)，個(gè)別流段上產(chǎn) 生一些局部漩渦，水流呈現(xiàn)紊亂狀態(tài)；生一些局部漩渦，水流呈現(xiàn)紊亂狀態(tài)；c 為湍、紊流，水流充滿(mǎn)漩渦、質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動(dòng)。為湍、紊流，水流充滿(mǎn)漩渦、質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動(dòng)。 雷諾實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示， 。ccvv 出水閥門(mén)C 小大，流態(tài) ac，即層流紊流， 臨界流態(tài)時(shí)，管內(nèi)流速為 （上臨界流速）。出水閥門(mén)C 大小，流態(tài) ca，即紊流層流，

7、 臨界流態(tài)時(shí)，管內(nèi)流速為 （下臨界流速）。cvcv 在不同的流速在不同的流速 v 時(shí)，測(cè)定相應(yīng)的水頭損失，繪制時(shí)，測(cè)定相應(yīng)的水頭損失，繪制 hf 和和 v 的對(duì)數(shù)關(guān)系圖。的對(duì)數(shù)關(guān)系圖。v 小小大時(shí)，大時(shí)，a-b段段：當(dāng)：當(dāng) v vc 時(shí)，流動(dòng)為穩(wěn)定的層時(shí)，流動(dòng)為穩(wěn)定的層流，流，ab呈呈45直線(xiàn)向上（直線(xiàn)向上（a-b斜率斜率m1=1.0），說(shuō)明沿程水頭損失與流速的），說(shuō)明沿程水頭損失與流速的一次方成正比。一次方成正比。b-c段段： ，層流，與，層流，與a-b段相同。段相同。ccvvvc-e段段： ，紊流。，紊流。cvve-f段段：當(dāng)：當(dāng) 時(shí)，開(kāi)始與橫軸時(shí)，開(kāi)始與橫軸呈呈 ，逐漸與橫軸呈，逐漸與橫

8、軸呈 ，ef 斜斜率率m2=1.75-2.0，沿程水頭損失與流速的，沿程水頭損失與流速的1.75-2.0次方成正比。次方成正比。51605263cvv 在不同的流速在不同的流速 v 時(shí)，測(cè)定相應(yīng)的水頭損失，繪制時(shí)，測(cè)定相應(yīng)的水頭損失，繪制 hf 和和 v 的對(duì)數(shù)關(guān)系圖。的對(duì)數(shù)關(guān)系圖。v 大大小時(shí)，小時(shí)，e-f段段：紊流。：紊流。d-e段段：紊流。：紊流。b-d段段：紊流。：紊流。a-b段段：層流。：層流。圖中曲線(xiàn)可用方程表示：圖中曲線(xiàn)可用方程表示：mffkvhvmkhlglglg，層流。，層流。，段：段：kvhmbaf11，湍流。，湍流。，段：段：0 . 275. 120 . 275. 1kv

9、hmfef6.2.2 雷諾數(shù)雷諾數(shù) 雷諾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雷諾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，vc 并非一定值，與并非一定值，與 成正比，與成正比，與、d 成反比，即成反比，即 ，1. 圓形管道雷諾數(shù)圓形管道雷諾數(shù)dvcReReRecccccvddv d臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)紊流紊流層流層流，vc 為下臨界流速，為下臨界流速， 為下臨界雷諾數(shù)。為下臨界雷諾數(shù)。dvccRe層流層流紊流紊流， 為上臨界流速，為上臨界流速， 為上臨界雷諾數(shù)。為上臨界雷諾數(shù)。dvcc eRcv，臨界流。，臨界流。，湍流；，湍流；，層流；，層流；。，不穩(wěn)定，一般用不穩(wěn)定，一般用2300Re2300Re2300Re2300ReReeRccc水力半徑水力

10、半徑R：過(guò)水?dāng)嗝娴臋M截面面積與濕周的比值。：過(guò)水?dāng)嗝娴臋M截面面積與濕周的比值。2. 非圓通道雷諾數(shù)非圓通道雷諾數(shù)：把非圓管折合成圓管來(lái)計(jì)算：把非圓管折合成圓管來(lái)計(jì)算AR 式中：式中：；過(guò)過(guò)水水?dāng)鄶嗝婷婷婷娣e積，2mA。過(guò)過(guò)水水?dāng)鄶嗝婷鏉駶裰苤埽琺dbh442dddRhbbhR2 如果非圓管的如果非圓管的R等于某圓管的等于某圓管的R，那么當(dāng)其他條件，那么當(dāng)其他條件（v、L）相同時(shí)，可以認(rèn)為這兩個(gè)管道的）相同時(shí)，可以認(rèn)為這兩個(gè)管道的hf是相同的，是相同的，這時(shí)水力半徑和非圓管相等的圓管直接就稱(chēng)非圓管的當(dāng)量這時(shí)水力半徑和非圓管相等的圓管直接就稱(chēng)非圓管的當(dāng)量直徑直徑de。 令令非圓管非圓管的水力半徑和

11、的水力半徑和圓管圓管的水力半徑相等，可得的水力半徑相等，可得de。5754eR4ReccvdvRR若用水力半徑表示，則若用水力半徑表示，則4deRdedeR443. 雷諾數(shù)的物理意義雷諾數(shù)的物理意義 在理想流體里，因?yàn)闆](méi)有粘性的作用，所以無(wú)所謂層在理想流體里，因?yàn)闆](méi)有粘性的作用，所以無(wú)所謂層流和紊流。流和紊流。 Re 反映了慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系。若反映了慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系。若 Re 較小，較小，反映出粘性力的作用大，粘性力作用對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起控制作反映出粘性力的作用大，粘性力作用對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起控制作用，質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)有秩序的線(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)，為用，質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)有秩序的線(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)，為層流層流。 當(dāng)流動(dòng)的雷諾數(shù)逐

12、漸增大時(shí)，粘性力對(duì)流動(dòng)的控制也當(dāng)流動(dòng)的雷諾數(shù)逐漸增大時(shí)，粘性力對(duì)流動(dòng)的控制也隨之減小，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)失去控制時(shí)，層流即失去了穩(wěn)定，由隨之減小，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)失去控制時(shí)，層流即失去了穩(wěn)定，由于外界的各種原因，如邊界上的高低不平等因素，慣性作于外界的各種原因，如邊界上的高低不平等因素，慣性作用將使微小的擾動(dòng)發(fā)展擴(kuò)大，形成用將使微小的擾動(dòng)發(fā)展擴(kuò)大，形成紊流紊流。 為什么為什么 Re 可以判別水流流動(dòng)型態(tài)？可以判別水流流動(dòng)型態(tài)？ 所以雷諾數(shù)可以用來(lái)判別流動(dòng)型態(tài)。所以雷諾數(shù)可以用來(lái)判別流動(dòng)型態(tài)。 慣性力慣性力，動(dòng)能，動(dòng)能，粘性力，粘性力，則呈紊流；，則呈紊流； 慣性力慣性力，動(dòng)能，動(dòng)能，粘性力，粘性力，則呈層流。，

13、則呈層流。 例例2 2 某戶(hù)內(nèi)煤氣管，用具前支管管徑某戶(hù)內(nèi)煤氣管，用具前支管管徑d=15mmd=15mm，流量，流量Q=2mQ=2m3 3/h/h，煤氣運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)，煤氣運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)=26.3=26.31010-6-6m/sm/s。試試判別該煤氣支管內(nèi)的流態(tài)。判別該煤氣支管內(nèi)的流態(tài)。管內(nèi)煤氣的流速 v=Q/A=3.15m/s雷諾數(shù)為=17972300，故管中煤氣為層流。解 液體黏性液體黏性液體流層間的切應(yīng)力液體流層間的切應(yīng)力沿程水頭損失沿程水頭損失首先建立沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系，再找出切應(yīng)力的變首先建立沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系，再找出切應(yīng)力的變化規(guī)律，就能解決化規(guī)律，就能解決hf的計(jì)算問(wèn)

14、題的計(jì)算問(wèn)題前提：前提： 恒定流；恒定流； 均勻流。均勻流。6.3.1 均勻流動(dòng)的方程式均勻流動(dòng)的方程式1P2P1v2v00gp11zgp22zlG列列1-1、2-2斷面的能量方程：斷面的能量方程： fhgvgpzgvgpz22222211111P2P1v2v00gp11zgp22zlG均勻流gvgvvv2222221121gpzgpzhf222211根據(jù)控制體受力平衡：根據(jù)控制體受力平衡： 1P2P1v2v00gp11zgp22zlG0cos21TGPP對(duì)對(duì)1-2流段控制體進(jìn)行受力分析：流段控制體進(jìn)行受力分析：0212211cos,觸面上的平均切應(yīng)力為并且液流與固體邊壁接且，lzzApPAp

15、PgRJgRlgAlhgAlgpzgpzgAf00002211或得：同除以002121llzzgAlApApgRJ0 均勻流基本方程。均勻流基本方程。 該方程對(duì)該方程對(duì)有壓流有壓流和和無(wú)壓流無(wú)壓流均適用。均適用。 該方程對(duì)該方程對(duì)層流層流和紊流均適用，因?yàn)橥茖?dǎo)過(guò)程中未涉及和紊流均適用，因?yàn)橥茖?dǎo)過(guò)程中未涉及液體指點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況（液體流態(tài)），但兩種流態(tài)水頭損失液體指點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況（液體流態(tài)），但兩種流態(tài)水頭損失的規(guī)律不同。的規(guī)律不同。6.3.2 圓管過(guò)水?dāng)嗝嫔霞魬?yīng)力分布圓管過(guò)水?dāng)嗝嫔霞魬?yīng)力分布JrgJrggRJ2200總流元流rrrrrr000000兩式相比兩式相比切切應(yīng)應(yīng)力力呈呈直直線(xiàn)線(xiàn)分分布布。圓

16、圓管管均均勻勻流流過(guò)過(guò)水水?dāng)鄶嗝婷嫔仙?.3.3 壁剪切速度壁剪切速度0012gr J將將 代入上式均勻流基本方程，得代入上式均勻流基本方程，得212fhvJldg08v定義定義 0*8vv壁剪切速度壁剪切速度 設(shè)以管流為中心取一段設(shè)以管流為中心取一段流股，因流股對(duì)管軸對(duì)流股，因流股對(duì)管軸對(duì)稱(chēng)，所以流股上的切應(yīng)稱(chēng)，所以流股上的切應(yīng)力是均勻分布的力是均勻分布的gRJ則有：則有：對(duì)于圓管對(duì)于圓管rR21grJ21層流的切應(yīng)力服從牛頓內(nèi)摩擦定律。層流的切應(yīng)力服從牛頓內(nèi)摩擦定律。y為自管壁算起的徑向距離，為自管壁算起的徑向距離，rry0（r0為圓管半徑）為圓管半徑）drdy則有：則有：rrgJud2d

17、ruyudddd應(yīng)用牛頓內(nèi)摩擦定律grJru21dd、g、是常數(shù)，均勻流過(guò)水?dāng)嗝嫔鲜浅?shù)，均勻流過(guò)水?dāng)嗝嫔螶也是常數(shù)，故將上式積分得：也是常數(shù)，故將上式積分得：CrgJu24 帶入邊界條件帶入邊界條件20040rgJCurr 時(shí)，CrgJu242204rrgJu 即為圓管層流的流速分布式。為拋物線(xiàn)方程，說(shuō)即為圓管層流的流速分布式。為拋物線(xiàn)方程，說(shuō)明流速分布是一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面。明流速分布是一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面。 202200208d241d0rgJrrrrgJrAAuAQvrA圓管層流圓管層流max21uv 在管軸線(xiàn)上（r0），流速最大，即：220max164dgJrgJu引入一個(gè)斷面平均流速為引入一個(gè)

18、斷面平均流速為v v，圓管層流圓管層流: 動(dòng)能修正系數(shù)：動(dòng)能修正系數(shù)：2d116d003102033rrrrrrAvAuA 動(dòng)量修正系數(shù)：動(dòng)量修正系數(shù)：3.31d18d002102022rrrrrrAvAuA208rgJv 可知：圓管層流中，沿程水頭損失和斷面平均流速可知：圓管層流中，沿程水頭損失和斷面平均流速 的一次方成正比。的一次方成正比。gvdlgvdlgvdlvdgdvlhf22Re64264322222達(dá)西公式！達(dá)西公式！Re64 圓管層流沿程阻力系數(shù)。圓管層流沿程阻力系數(shù)。220328gdvgrvlhJfvgdlgdvlhf223232例例 設(shè)圓管的直徑設(shè)圓管的直徑d=2cm，流速

19、，流速v=12cm/s，水溫，水溫t=10。試求在管長(zhǎng)。試求在管長(zhǎng)l=20m的沿程水頭損失。的沿程水頭損失。 解解 水溫水溫1010運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)=0.013cm=0.013cm2 2/s/s，得，得23001846Re vd為層流為層流0347. 0Re64 cmgvdlhf6 . 222 例例 油在管徑油在管徑d=100mm、長(zhǎng)度、長(zhǎng)度l16km的管道中流動(dòng)。若的管道中流動(dòng)。若管道水平放置，油的密度管道水平放置，油的密度=915kg/m3，1.8610-4m2s，求每小時(shí)通過(guò)，求每小時(shí)通過(guò)50t油的沿程水頭損失。油的沿程水頭損失。 解解 管道中的質(zhì)量流量管道中的質(zhì)量流量Qm=50

20、t/h，流量 smQQm/0152. 03 斷面平均流速斷面平均流速v=Q/A=1.94m/s，則雷諾數(shù)，則雷諾數(shù) 23001043Re vd為層流為層流06136. 0Re64 mgvdlhf32.18822 1. 紊紊流流的的發(fā)發(fā)生生2. 紊流的基本特征與時(shí)均法紊流的基本特征與時(shí)均法l 紊流的基本特征：紊流的基本特征：在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)具有不斷的互相混雜現(xiàn)象。質(zhì)點(diǎn)的互相在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)具有不斷的互相混雜現(xiàn)象。質(zhì)點(diǎn)的互相混雜使流區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素在數(shù)值上發(fā)生一混雜使流區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素在數(shù)值上發(fā)生一種脈動(dòng)現(xiàn)象種脈動(dòng)現(xiàn)象（以某一中心值為中心，不斷上、下跳動(dòng)）。（以某一

21、中心值為中心，不斷上、下跳動(dòng)）。l 時(shí)均法：時(shí)均法：把紊流運(yùn)動(dòng)看成是由把紊流運(yùn)動(dòng)看成是由時(shí)間平均流動(dòng)時(shí)間平均流動(dòng)和和脈動(dòng)流動(dòng)脈動(dòng)流動(dòng)疊加而成。疊加而成。dtuTuxTox11xu 可以看出：水流中某空間點(diǎn)可以看出：水流中某空間點(diǎn)的瞬時(shí)流速雖然隨時(shí)間不斷變化，的瞬時(shí)流速雖然隨時(shí)間不斷變化，但始終圍繞某一平均值不斷跳動(dòng)，但始終圍繞某一平均值不斷跳動(dòng)，這種跳動(dòng)稱(chēng)為這種跳動(dòng)稱(chēng)為脈動(dòng)脈動(dòng)，這一平均值，這一平均值稱(chēng)作稱(chēng)作時(shí)間平均流速（時(shí)均流速）時(shí)間平均流速（時(shí)均流速）。 （6-18） 時(shí)均流速和所取時(shí)段長(zhǎng)短有時(shí)均流速和所取時(shí)段長(zhǎng)短有關(guān)，如時(shí)段較短（關(guān)，如時(shí)段較短（T T1 1），則時(shí)均），則時(shí)均流速為流速

22、為 ；如時(shí)段較長(zhǎng)（；如時(shí)段較長(zhǎng)（T T），），則時(shí)均流速為則時(shí)均流速為 。 xu只要只要T不是很短，時(shí)均流速便與不是很短，時(shí)均流速便與T無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。dtuTudtuuTuxToxxxTox1) (101dtuTxTo（6-19）代入 （6-18）得：0 xu即脈動(dòng)流速的時(shí)間平均值即脈動(dòng)流速的時(shí)間平均值 說(shuō)明時(shí)均流速是這樣一個(gè)平均值，即在這個(gè)值以上的曲說(shuō)明時(shí)均流速是這樣一個(gè)平均值，即在這個(gè)值以上的曲線(xiàn)的面積和這個(gè)值以下的曲線(xiàn)的面積相等。線(xiàn)的面積和這個(gè)值以下的曲線(xiàn)的面積相等。瞬時(shí)流速時(shí)均流速脈動(dòng)流速瞬時(shí)流速時(shí)均流速脈動(dòng)流速xxxuuu（6-19） 瞬時(shí)壓強(qiáng)瞬時(shí)壓強(qiáng)p可以寫(xiě)成：可以寫(xiě)成： ppp 對(duì)

23、時(shí)均流動(dòng)來(lái)說(shuō)，只要時(shí)均流速和時(shí)均壓強(qiáng)不隨時(shí)間改對(duì)時(shí)均流動(dòng)來(lái)說(shuō)，只要時(shí)均流速和時(shí)均壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變，就可以認(rèn)為是恒定流。變，就可以認(rèn)為是恒定流。xu瞬時(shí)流速xu脈動(dòng)流速tuxOxu時(shí)均流速（時(shí)均）恒定流（時(shí)均）恒定流tuxO（時(shí)均）非恒定流（時(shí)均）非恒定流至此，我們?cè)诹黧w力學(xué)中已經(jīng)引入了三種流速的概念：至此，我們?cè)诹黧w力學(xué)中已經(jīng)引入了三種流速的概念：1）瞬時(shí)速度：在某時(shí)刻）瞬時(shí)速度：在某時(shí)刻t，空間某點(diǎn)上液體的空間某點(diǎn)上液體的真實(shí)真實(shí)速度，用速度，用u表表示。示。2）時(shí)均速度：在某一時(shí)刻內(nèi)，紊流中空間某點(diǎn)上液體各）時(shí)均速度：在某一時(shí)刻內(nèi)，紊流中空間某點(diǎn)上液體各瞬時(shí)瞬時(shí)速速度的度的平均值平均值，用

24、，用表示；表示；3）斷面平均流速：過(guò)流斷面上各點(diǎn)的速度（紊流是時(shí)均速度）斷面平均流速：過(guò)流斷面上各點(diǎn)的速度（紊流是時(shí)均速度）的斷面平均值，用的斷面平均值，用v表示。表示。 1AvudAA1AuudtT3. 紊流的剪應(yīng)力紊流的剪應(yīng)力 層流運(yùn)動(dòng)中，液體質(zhì)點(diǎn)成層相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其剪應(yīng)力是由黏層流運(yùn)動(dòng)中，液體質(zhì)點(diǎn)成層相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其剪應(yīng)力是由黏性引起，可由牛頓內(nèi)摩擦力計(jì)算。性引起，可由牛頓內(nèi)摩擦力計(jì)算。紊流流態(tài)時(shí)的剪切應(yīng)力由兩部分組成：紊流流態(tài)時(shí)的剪切應(yīng)力由兩部分組成： 一部分：一部分：可將液體分層，因?yàn)楦饕簩拥臅r(shí)均流速不同，存在相可將液體分層，因?yàn)楦饕簩拥臅r(shí)均流速不同，存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，各液層間也存在粘性切應(yīng)力。

25、對(duì)運(yùn)動(dòng)，各液層間也存在粘性切應(yīng)力。 二部分：二部分：紊紊流中流體質(zhì)點(diǎn)存在脈動(dòng)，在液層分界面上產(chǎn)生了流中流體質(zhì)點(diǎn)存在脈動(dòng)，在液層分界面上產(chǎn)生了紊流附加切應(yīng)力。紊流附加切應(yīng)力。 dyud12yxuu混合長(zhǎng)度理論混合長(zhǎng)度理論 在紊流里，質(zhì)點(diǎn)被橫向脈動(dòng)流速運(yùn)移某一橫向距離在紊流里，質(zhì)點(diǎn)被橫向脈動(dòng)流速運(yùn)移某一橫向距離L L后，后，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)才會(huì)在新的的地點(diǎn)與四周的質(zhì)點(diǎn)互相混合，從而這個(gè)質(zhì)點(diǎn)才會(huì)在新的的地點(diǎn)與四周的質(zhì)點(diǎn)互相混合，從而失去他原來(lái)的特征（如動(dòng)量），結(jié)果是該質(zhì)點(diǎn)具有與四周失去他原來(lái)的特征（如動(dòng)量），結(jié)果是該質(zhì)點(diǎn)具有與四周質(zhì)點(diǎn)同樣的特征，這個(gè)橫向距離質(zhì)點(diǎn)同樣的特征，這個(gè)橫向距離L L叫做自由運(yùn)移長(zhǎng)度

26、。叫做自由運(yùn)移長(zhǎng)度。 dyduLyuLyudyduLcux1dyduLcuy2假定脈動(dòng)流速與時(shí)均流速差成比例： l為混合長(zhǎng)度，已沒(méi)有直接物理意義。2222212)()(dyduldyduLccuuyx4. 黏性底層黏性底層 在紊流中緊靠管壁附近這一薄層稱(chēng)為在紊流中緊靠管壁附近這一薄層稱(chēng)為粘性底層粘性底層；在粘性底層之外的液流，統(tǒng)稱(chēng)為在粘性底層之外的液流，統(tǒng)稱(chēng)為紊流核心紊流核心。在這兩。在這兩液流之間還存在一層極薄的液流之間還存在一層極薄的過(guò)渡層過(guò)渡層。 dydu0yu利用利用 得：得：yu00uuuyu引入壁剪切速度 yu0,Lyyu是某一個(gè)臨界雷諾數(shù)。是某一個(gè)雷諾數(shù)，yu實(shí)驗(yàn)結(jié)果：6 .11

27、Luul6 .11時(shí)為層流，當(dāng)Lyvu80ul6 .11將上式代入將上式代入 得得elRdv8 .328 .32因?yàn)楸诩羟辛魉倏筛膶?xiě)為因?yàn)楸诩羟辛魉倏筛膶?xiě)為 可見(jiàn)，當(dāng)管徑可見(jiàn)，當(dāng)管徑d d相同時(shí)，流速增大，雷諾數(shù)變大，從而粘性底層變薄。相同時(shí)，流速增大，雷諾數(shù)變大，從而粘性底層變薄。 22fl vhdg圓管層流圓管層流64Re圓管紊流圓管紊流如何確定？如何確定？l 半經(jīng)驗(yàn)公式半經(jīng)驗(yàn)公式+試驗(yàn)試驗(yàn)l 直接根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果求得直接根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果求得(Re,/)fd當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)水力光滑水力光滑水力粗糙水力粗糙水力光滑和水力粗糙水力光滑和水力粗糙管壁粗糙凸出部分的平均高度叫做管壁的絕對(duì)粗糙度管壁粗糙凸出部分的平

28、均高度叫做管壁的絕對(duì)粗糙度( ( ) ) 稱(chēng)為相對(duì)粗糙度稱(chēng)為相對(duì)粗糙度 /d紊流光滑管紊流光滑管紊流粗糙管紊流粗糙管速度分布速度分布*5.75lg5.5yvvv0 *max*5.75lg5.5xr vvv1212*Re5.75lg1.7542vv最大速度最大速度平均速度平均速度速度分布速度分布最大速度最大速度平均速度平均速度*5.75lg8.48vyv0max*5.75lg8.5rvv0*5.75lg4.75rvv水力光滑壁面水力光滑壁面水力粗糙壁面水力粗糙壁面121212lg Re0.81212lg1.742dhf目的：目的：原理和裝置：原理和裝置：(.)efRd用不同粗糙度的人工粗糙管，測(cè)

29、出不同雷諾數(shù)下用不同粗糙度的人工粗糙管，測(cè)出不同雷諾數(shù)下的的 ，然后由，然后由 算出算出 . .fh22fl vhdg布拉修斯公式布拉修斯公式紊流斷面速度分布：紊流斷面速度分布：kyudydu，在湍流光滑區(qū)：(Re)f因此對(duì)上式進(jìn)行不同的處理：因此對(duì)上式進(jìn)行不同的處理： df在湍流粗糙區(qū)：對(duì)于對(duì)于光滑區(qū)光滑區(qū)，整理成，整理成Re的形式：的形式： yuyudkudu)(11ln1Cyukuu對(duì)于對(duì)于粗糙區(qū)粗糙區(qū)，整理成，整理成/d/d的形式：的形式： yydkudu)(12ln1Cykuuyuuu5 . 5)lg(75. 5yuuu1、光滑區(qū)、光滑區(qū)紊流核心：紊流核心：流速分布分為粘性底層和紊流

30、核心兩部分：流速分布分為粘性底層和紊流核心兩部分：粘性底層：粘性底層：斷面平均流速：斷面平均流速： )75. 1lg75. 5(202000ruurrdruAQvr代人上式，得：把vu80)10(Re51. 2Relg216)10Re4000(3164. 0541eR布拉休斯公式：2、粗糙區(qū)、粗糙區(qū)5 . 8)lg(75. 5yuu流速分布為：75. 4)lg(75. 50ruv平均流速為：代人上式，得：把vu802074. 1lg21r適用于 0382rRenryuu)(0max流速分布指數(shù)公式：（n為指數(shù)，隨為指數(shù)，隨Re而變化）而變化） 1 1、在層流區(qū)和紊流光滑區(qū)：、在層流區(qū)和紊流光滑

31、區(qū)：工業(yè)管道和人工粗糙管雖然工業(yè)管道和人工粗糙管雖然粗糙不同，但都為粘性底層掩蓋，對(duì)紊流核心無(wú)影響。粗糙不同，但都為粘性底層掩蓋，對(duì)紊流核心無(wú)影響。 實(shí)驗(yàn)證明，人工粗糙管的公式也適用于工業(yè)管道。實(shí)驗(yàn)證明，人工粗糙管的公式也適用于工業(yè)管道。 2 2、在紊流粗糙區(qū)：、在紊流粗糙區(qū)：無(wú)論是人工管道，還是工業(yè)管道，由無(wú)論是人工管道，還是工業(yè)管道，由于粗糙面完全暴露在紊流中，其水頭損失的變化規(guī)律也是一致于粗糙面完全暴露在紊流中，其水頭損失的變化規(guī)律也是一致的。的。 因此，人工粗糙管的公式有可能用于工業(yè)管道。因此，人工粗糙管的公式有可能用于工業(yè)管道。 問(wèn)題是如何確定式中的問(wèn)題是如何確定式中的值。為解決此問(wèn)

32、題，以尼古值。為解決此問(wèn)題，以尼古拉茲實(shí)驗(yàn)采用的人工粗糙為度量標(biāo)準(zhǔn)，把工業(yè)管道的粗糙拉茲實(shí)驗(yàn)采用的人工粗糙為度量標(biāo)準(zhǔn)，把工業(yè)管道的粗糙折算成人工粗糙，這樣便提出了折算成人工粗糙，這樣便提出了當(dāng)量粗糙當(dāng)量粗糙的概念。的概念。 把直徑相同、紊流粗糙區(qū)把直徑相同、紊流粗糙區(qū)值相等的人工粗糙管的粗值相等的人工粗糙管的粗糙度定義為該管材工業(yè)管道的糙度定義為該管材工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙當(dāng)量粗糙。就是以工業(yè)管道。就是以工業(yè)管道紊流粗糙區(qū)實(shí)測(cè)的紊流粗糙區(qū)實(shí)測(cè)的值，代入尼古拉茲粗糙管公式，反算值，代入尼古拉茲粗糙管公式，反算得到得到。 常用工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙度可查表常用工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙度可查表6-26-2得到。得

33、到。3 3、在紊流過(guò)渡區(qū)：、在紊流過(guò)渡區(qū)：工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)和尼古拉茲試驗(yàn)曲線(xiàn)工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)和尼古拉茲試驗(yàn)曲線(xiàn)存在較大差異。這表現(xiàn)在工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)的過(guò)渡區(qū)在較存在較大差異。這表現(xiàn)在工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)的過(guò)渡區(qū)在較小小ReRe的下就偏離光滑曲線(xiàn)，且隨著的下就偏離光滑曲線(xiàn)，且隨著ReRe的增加平滑下降，而的增加平滑下降，而尼古拉茲試驗(yàn)曲線(xiàn)則存在著上升部分。尼古拉茲試驗(yàn)曲線(xiàn)則存在著上升部分。 工業(yè)管道的紊流過(guò)渡區(qū)計(jì)算公式工業(yè)管道的紊流過(guò)渡區(qū)計(jì)算公式 1 1、柯列勃洛克懷特公式、柯列勃洛克懷特公式eRd51. 27 . 3lg21l 適用于光滑區(qū)：當(dāng)適用于光滑區(qū)：當(dāng)Re很小時(shí)，右邊第一項(xiàng)可以忽略；很小時(shí)

34、，右邊第一項(xiàng)可以忽略；l 適用于粗糙區(qū)：當(dāng)適用于粗糙區(qū)：當(dāng)Re很大時(shí)，右邊第二項(xiàng)可以忽略；很大時(shí)，右邊第二項(xiàng)可以忽略；l 適用于紊流過(guò)渡區(qū)：右邊兩項(xiàng)相差不大時(shí)。求解需要迭代適用于紊流過(guò)渡區(qū)：右邊兩項(xiàng)相差不大時(shí)。求解需要迭代2 2、穆迪圖：以、穆迪圖：以/d/d為參數(shù)，把為參數(shù)，把作為作為ReRe的函數(shù)繪出。在圖的函數(shù)繪出。在圖上按上按/d/d和和ReRe可直接查出可直接查出。1、謝才公式、謝才公式 vC RJ22fhvJc RlC為謝才系數(shù) 22222222fv lg lvlvhJ lC RCRgdg 28gC如無(wú)特別說(shuō)明，謝才公式只適用于粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）。如無(wú)特別說(shuō)明，謝才公式只適用于粗

35、糙區(qū)（阻力平方區(qū)）。 五、沿程摩阻系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式五、沿程摩阻系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式確定謝才系數(shù)確定謝才系數(shù) C的經(jīng)驗(yàn)公式：的經(jīng)驗(yàn)公式： 曼寧公式161CRn當(dāng)n0.02及R0.5米時(shí)，適用于管道及渠道的水力計(jì)算。我國(guó)主要用該公式。 巴甫洛夫斯基公式 yRnc1nyRnyR3 . 10 . 15 . 10 . 1該式適用于0.1 R 3.0m、0.011n 0.0421321vR Jn2 2、舍維列夫公式、舍維列夫公式 （給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)即用該公式）（給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)即用該公式）對(duì)舊鋼管和舊鑄鐵管：對(duì)舊鋼管和舊鑄鐵管： v1.2m/s（紊流過(guò)渡區(qū)） 0.30.30.01790.8671dvv1.2m/s（粗

36、糙區(qū)） 3 .0021.0d（dm vm/s）對(duì)新鋼管：對(duì)新鋼管： )m104 . 2(Re684. 010159. 06226. 0226. 0計(jì)以，dVd對(duì)新鑄鐵管：對(duì)新鑄鐵管：)m107 . 2(Re36. 210144. 06284. 0284. 0計(jì)以，ddVd例例 在管徑在管徑d=100mm，管長(zhǎng)，管長(zhǎng)l=300m的圓管中，流動(dòng)著的圓管中，流動(dòng)著t=10的水，的水，其雷諾數(shù)其雷諾數(shù)Re=80000，試分別求下列三種情況下的水頭損失。管內(nèi)，試分別求下列三種情況下的水頭損失。管內(nèi)壁為壁為ks=0.15mm的均勻砂粒的人工粗糙管。為光滑銅管的均勻砂粒的人工粗糙管。為光滑銅管(即流動(dòng)處即流

37、動(dòng)處于紊流光滑區(qū)于紊流光滑區(qū))。為工業(yè)管道，其當(dāng)量粗糙高度。為工業(yè)管道，其當(dāng)量粗糙高度ks=0.15mm。 解解 ks=0.15mm的人工粗糙管的沿程的人工粗糙管的沿程水頭損失水頭損失 Re=80000=4.9Re=80000=4.9、K Ks s/d=0.15/100=0.0015/d=0.15/100=0.0015，查圖，查圖6-176-17得，得，=0.024=0.024 t=10t=10時(shí)，時(shí)，=1.5=1.5l0l0-6-6m m2 2/s/s， vd Re得得v=1.04m/s，則，則 mgvdlhf31. 322 光滑銅管的沿程水頭損失光滑銅管的沿程水頭損失 Re=800000。

38、邊界層迅速增厚，壓強(qiáng)增大（流速減邊界層迅速增厚，壓強(qiáng)增大（流速減?。┖妥枇υ龃笫惯吔鐚觾?nèi)動(dòng)量減小，如兩者共同作用在一足夠長(zhǎng)的距離，?。┖妥枇υ龃笫惯吔鐚觾?nèi)動(dòng)量減小，如兩者共同作用在一足夠長(zhǎng)的距離，致使邊界層內(nèi)流體流動(dòng)停滯下來(lái)，便產(chǎn)生分離，自分離點(diǎn)致使邊界層內(nèi)流體流動(dòng)停滯下來(lái)，便產(chǎn)生分離，自分離點(diǎn)B起，邊界流線(xiàn)必起，邊界流線(xiàn)必脫離邊界，下游近壁處形成回流（或渦旋）。脫離邊界，下游近壁處形成回流（或渦旋）。 邊界層分離條件主要是逆壓梯度邊界層分離條件主要是逆壓梯度 D D點(diǎn)壓強(qiáng)比柱體兩側(cè)高，壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，因流點(diǎn)壓強(qiáng)比柱體兩側(cè)高，壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，因流體不可壓縮，沿柱體兩側(cè)向前流動(dòng)。體不可壓縮，沿柱

39、體兩側(cè)向前流動(dòng)。DEDE段流動(dòng)加段流動(dòng)加速速 ，壓強(qiáng)減小，壓強(qiáng)減小 ( (順壓梯度順壓梯度) )，邊界層厚，邊界層厚度度沿程增加緩慢，沿程增加緩慢，較小。由較小。由E E點(diǎn)向點(diǎn)向F F點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，邊界層內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)受到壁面摩阻，又同時(shí)受到逆壓邊界層內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)受到壁面摩阻，又同時(shí)受到逆壓梯度梯度 減速，剩余動(dòng)能不足以到減速，剩余動(dòng)能不足以到F F點(diǎn)，靠近壁面點(diǎn)，靠近壁面流體在流體在E E點(diǎn)下游不遠(yuǎn)流速梯度為零的為邊界層分離點(diǎn)點(diǎn)下游不遠(yuǎn)流速梯度為零的為邊界層分離點(diǎn)S S，來(lái)流被擠向主流區(qū)。，來(lái)流被擠向主流區(qū)。S S點(diǎn)下游壁面附近流體在逆點(diǎn)下游壁面附近流體在逆壓梯度作用下出現(xiàn)回流，出現(xiàn)旋渦區(qū)。

40、壓梯度作用下出現(xiàn)回流，出現(xiàn)旋渦區(qū)。0 xue0 xp0 xp順壓梯度區(qū)順壓梯度區(qū)逆壓梯度區(qū)逆壓梯度區(qū)低壓回流區(qū)低壓回流區(qū)0 xp0 xp分離點(diǎn)分離點(diǎn) 0 xp40Re5 柱柱底底的的分分離離和和二二次次流流510Re 壓強(qiáng)沿流線(xiàn)的曲壓強(qiáng)沿流線(xiàn)的曲 率半徑方向增大率半徑方向增大按無(wú)黏流討論壓強(qiáng)分布按無(wú)黏流討論壓強(qiáng)分布主流有較主流有較大慣性力大慣性力近壁面流近壁面流 慣性力小慣性力小分離發(fā)生在逆壓梯度區(qū)分離發(fā)生在逆壓梯度區(qū)外側(cè)壁面壓外側(cè)壁面壓 強(qiáng)先增后減強(qiáng)先增后減內(nèi)側(cè)壁面壓內(nèi)側(cè)壁面壓 強(qiáng)先減后增強(qiáng)先減后增彎道壁面邊界層的分離和二次流：彎道壁面邊界層的分離和二次流： 壓差阻力壓差阻力( (形體阻力形

41、體阻力) )：由于物體繞流沿物體表面：由于物體繞流沿物體表面的摩擦阻力耗能和尾流旋渦耗能，使得尾流區(qū)物體表面的摩擦阻力耗能和尾流旋渦耗能，使得尾流區(qū)物體表面壓強(qiáng)低于來(lái)流壓強(qiáng)，而迎流面的壓強(qiáng)大于來(lái)流壓強(qiáng)，兩壓強(qiáng)低于來(lái)流壓強(qiáng)，而迎流面的壓強(qiáng)大于來(lái)流壓強(qiáng)，兩部分的壓強(qiáng)差形成作用于物體上的阻力。部分的壓強(qiáng)差形成作用于物體上的阻力。 尾流尾流：繞流物體邊界層分離點(diǎn)下游形成的旋渦區(qū)：繞流物體邊界層分離點(diǎn)下游形成的旋渦區(qū), ,分分離流線(xiàn)與物體邊界所圍的下游區(qū)域離流線(xiàn)與物體邊界所圍的下游區(qū)域。 影響因素影響因素：壓差阻力取決邊界層分離點(diǎn)位置，分離點(diǎn)：壓差阻力取決邊界層分離點(diǎn)位置，分離點(diǎn)沿繞流物體表面后移，尾流

42、區(qū)減小，則壓差阻力減小，沿繞流物體表面后移，尾流區(qū)減小，則壓差阻力減小，摩擦阻力增加。但高雷諾數(shù)時(shí)，摩擦阻力較壓差阻力小摩擦阻力增加。但高雷諾數(shù)時(shí)，摩擦阻力較壓差阻力小很多。因此減小壓差阻力，即減小了繞流阻力，常將物很多。因此減小壓差阻力，即減小了繞流阻力，常將物體設(shè)計(jì)為流線(xiàn)形體設(shè)計(jì)為流線(xiàn)形( (圖圖6-31)6-31)。 減小尾流的主要途徑減小尾流的主要途徑：繞流體型盡可能流線(xiàn)型化。：繞流體型盡可能流線(xiàn)型化。工程應(yīng)用工程應(yīng)用： 減小壓差阻力減小壓差阻力：繞流物體設(shè)計(jì)成流線(xiàn)形，壁面邊界層分離點(diǎn)盡量靠近下游。：繞流物體設(shè)計(jì)成流線(xiàn)形，壁面邊界層分離點(diǎn)盡量靠近下游。 如飛機(jī)機(jī)翼尾部為細(xì)長(zhǎng)的流線(xiàn)形。如

43、飛機(jī)機(jī)翼尾部為細(xì)長(zhǎng)的流線(xiàn)形。 增大壓差阻力：增大壓差阻力：繞流物體呈鈍形。繞流物體呈鈍形。 如飛機(jī)降落打開(kāi)機(jī)翼上部減速板增加阻力。如飛機(jī)降落打開(kāi)機(jī)翼上部減速板增加阻力。 圓柱繞流尾流形態(tài)主要取決于圓柱繞流尾流形態(tài)主要取決于ReRe： dU0Re Re90Re90時(shí)時(shí)，卡門(mén)渦街，卡門(mén)渦街旋渦從圓柱兩側(cè)周期旋渦從圓柱兩側(cè)周期性交替脫落，帶向下游，排成兩列性交替脫落，帶向下游，排成兩列(c)(c)。ReRe更大，更大，大尺度旋渦分解為隨機(jī)紊流運(yùn)動(dòng)，渦街消失。大尺度旋渦分解為隨機(jī)紊流運(yùn)動(dòng)，渦街消失。 ReRe0.50.5：平順繞過(guò)圓柱，下游匯合平順繞過(guò)圓柱，下游匯合(a)(a)。Re=20Re=203

44、030：邊界層分離，圓柱后部形成兩邊界層分離，圓柱后部形成兩個(gè)位置固定、旋轉(zhuǎn)方向相反旋禍，受到排擠主個(gè)位置固定、旋轉(zhuǎn)方向相反旋禍，受到排擠主流下游不遠(yuǎn)處重新匯合，尾流區(qū)不長(zhǎng)流下游不遠(yuǎn)處重新匯合，尾流區(qū)不長(zhǎng)(b)(b)。 卡門(mén)渦街是黏性流體繞圓柱體流動(dòng)的特殊現(xiàn)象，卡門(mén)渦街是黏性流體繞圓柱體流動(dòng)的特殊現(xiàn)象，圓柱體受到圓柱體受到交替變向的橫向力交替變向的橫向力，引起圓柱體橫向，引起圓柱體橫向振動(dòng)，一旦發(fā)生共振，對(duì)建筑物造成危害。振動(dòng)，一旦發(fā)生共振，對(duì)建筑物造成危害。(4)(4)卡門(mén)渦街卡門(mén)渦街 Re30Re30時(shí)：時(shí)：尾流呈現(xiàn)周期性擺動(dòng)尾流呈現(xiàn)周期性擺動(dòng)當(dāng)當(dāng)Re300Re300時(shí)時(shí)，圓柱后方渦街逐漸

45、失去規(guī)則性和周期性，渦街消失。，圓柱后方渦街逐漸失去規(guī)則性和周期性，渦街消失。風(fēng)誘發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)風(fēng)誘發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)The Tacoma Narrows BridgeThe Tacoma Narrows Bridge，19401940圓柱體受到交替圓柱體受到交替橫向力的頻率接橫向力的頻率接近圓柱體固有頻近圓柱體固有頻率時(shí)，發(fā)生共振，率時(shí)，發(fā)生共振，對(duì)建筑物造成危對(duì)建筑物造成危害。如害。如19401940年年11 11月美國(guó)華盛頓州月美國(guó)華盛頓州長(zhǎng)長(zhǎng)853m853m的塔科的塔科馬馬(Tacoma)(Tacoma)懸懸索橋在索橋在8 8級(jí)大風(fēng)級(jí)大風(fēng)中遭破壞，就是中遭破壞，就是風(fēng)致振動(dòng)造成。風(fēng)致振動(dòng)造成。此外，旋渦交替此外，旋渦交替脫落造成的聲響脫落造成的聲響效應(yīng)，是輸電線(xiàn)效應(yīng)，是輸電線(xiàn)在大風(fēng)中嘯叫，在大風(fēng)中嘯叫，鍋爐內(nèi)煙氣流