流體力學(xué)B 第6章(第10次課)

1、第六章 粘性流體管內(nèi)(un ni)流動(dòng)6.1 粘性流體中的應(yīng)力(yngl)分析6.2 不可壓縮粘性流體運(yùn)動(dòng)方程6.3 粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)6.4 管內(nèi)流動(dòng)的兩種損失6.5 流體在圓管中的層流流動(dòng)共四十一頁(yè)6.6 流體在圓管中的湍流(tunli)流動(dòng)6.7 沿程損失(snsh)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究6.8 局部損失系數(shù)6.9 管道的水力計(jì)算6.10 管道中的水擊共四十一頁(yè)6.1 粘性流體中的應(yīng)力(yngl)分析6.1.2 切向應(yīng)力互等定理(dngl)6.1.1 粘性流體中的應(yīng)力 6.1.3 廣義牛頓內(nèi)摩擦定律共四十一頁(yè)表面(biomin)力:粘性流體理想流體6.1.1 粘性流體中的應(yīng)力(yngl)Ad

2、ydzdxfyfzfxxxxzxyxzzzzyyxyyyzyzx切應(yīng)力正應(yīng)力只有壓力。角標(biāo)1：應(yīng)力所在平面的法向角標(biāo)2：應(yīng)力自身方向質(zhì)量力表面力流體受力：共四十一頁(yè)粘性流體中一點(diǎn)(y din)的受力（9個(gè)分量）九個(gè)分量(fn ling)中只有六個(gè)是獨(dú)立的。切向應(yīng)力互等定律:共四十一頁(yè)6.2 不可壓縮(y su)粘性流體的運(yùn)動(dòng)方程（Navier-Stokes方程）不可壓粘性流體普遍適用(shyng)的運(yùn)動(dòng)微分方程。N-S方程單位質(zhì)量流體的慣性力、壓力的合力、質(zhì)量力、 粘性力。共四十一頁(yè)特殊(tsh)情況：理想流體運(yùn)動(dòng)(yndng)微分方程靜止或均直流平衡方程四個(gè)方程：N-S方程、連續(xù)方程。四個(gè)未

3、知數(shù)：【例6-1】共四十一頁(yè)6.3 粘性流體的兩種流動(dòng)(lidng)狀態(tài)層流(cn li)、湍流雷諾演示實(shí)驗(yàn)過渡狀態(tài)湍流狀態(tài)層流狀態(tài)(b)(a)判據(jù)：管流：雷諾數(shù)(c)共四十一頁(yè)(2).粘性力起主導(dǎo)作用，遵守(znshu)牛頓內(nèi)摩擦定律；(4).雷諾數(shù)較小時(shí)發(fā)生(fshng)。(1).有序性，質(zhì)點(diǎn)作有序的直線運(yùn)動(dòng)；(3).能量損失與流速1次方成正比； (2).流動(dòng)受粘性力、脈動(dòng)切應(yīng)力共同作用；(4).雷諾數(shù)較大時(shí)發(fā)生。(1).無序性，質(zhì)點(diǎn)作無序的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)；(3).能量損失與流速的1.75-2次方成正比； 層流特點(diǎn)：湍流特點(diǎn)：共四十一頁(yè)工程(gngchng)中：層流(cn li)湍流層流湍流上臨

4、界下臨界過渡狀態(tài)層流湍流流動(dòng)狀態(tài)的判據(jù)：平板：管流：共四十一頁(yè)6.4 管內(nèi)(un ni)流動(dòng)的兩種損失6.4.2 局部(jb)損失6.4.1 沿程損失共四十一頁(yè)6.4.1 沿程損失(snsh) 單位(dnwi)重力流體因沿程摩擦而損失的能量。沿程損失系數(shù)定理由粘性摩擦引起的能量損失。(無量綱)層流公式湍流經(jīng)驗(yàn)公式達(dá)西-魏斯巴赫公式沿程損失：共四十一頁(yè)6.4.2 局部(jb)損失總能量(nngling)損失：總流伯努力方程：局部損失系數(shù)流體微團(tuán)相互碰撞引起的能量損失。(無量綱)局部損失：演示減少損失共四十一頁(yè)6.5 流體(lit)在圓管中的層流流動(dòng)不可(bk)壓粘性流體、等直圓管內(nèi)，定常、層流流

5、動(dòng)。mgr1122dr0 xhdldh求：、分布充分發(fā)展段，各截面速度分布相同；緩變流任意橫截面上p+gh是常數(shù)，與r無關(guān)。求解思路：側(cè)面切應(yīng)力x動(dòng)量方程牛頓切應(yīng)力公式q ，hf共四十一頁(yè)速度(sd)分布(旋轉(zhuǎn)(xunzhun)拋物面)沿程損失系數(shù) ：切應(yīng)力分布共四十一頁(yè)流量(liling)：（哈根-伯肅葉公式(gngsh)）壓強(qiáng)降：壁面切應(yīng)力：（適用于層流、湍流）水平管：沿程損失：(層流)共四十一頁(yè)6.6.1 湍流流動(dòng)(lidng)和時(shí)均參數(shù)瞬時(shí)速度(shn sh s d)的軸向分量。時(shí)均速度：注：截面上的平均參數(shù)時(shí)均參數(shù)某一點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)的平均值某一時(shí)刻截面上所有點(diǎn)速度的平均值瞬時(shí)軸向速度與

6、時(shí)均速度ttDo時(shí)均速度脈動(dòng)速度層流、湍流的根本區(qū)別：脈動(dòng)現(xiàn)象共四十一頁(yè)6.6.3 圓管湍流的結(jié)構(gòu)(jigu)、速度分布和沿程損失d - 圓管直徑(zhjng)；- 沿程損失系數(shù)。水力光滑管水力粗糙管湍流結(jié)構(gòu)：過渡區(qū)湍流核心區(qū)粘性底層管道湍流流動(dòng)的類型：共四十一頁(yè)水力(shul)光滑管：水力(shul)粗糙管：與Re無關(guān)。與無關(guān)。湍流沿程損失:共四十一頁(yè)6.7 沿程損失系數(shù)(xsh)的實(shí)驗(yàn)研究6.7.2 莫迪圖6.7.1 尼古拉茲曲線與沿程損失系數(shù)經(jīng)驗(yàn)(jngyn)公式共四十一頁(yè)6.7.1 尼古拉茲曲線與沿程損失系數(shù)經(jīng)驗(yàn)(jngyn)公式 1.層流(cn li)區(qū)2.過渡區(qū)3.湍流光滑管區(qū)4.

7、湍流粗糙管過渡區(qū)5.湍流粗糙管平方阻力區(qū)給出沿程損失系數(shù)與相對(duì)粗糙度及雷諾數(shù)之間的關(guān)系分為五個(gè)區(qū)域：共四十一頁(yè)1.層流(cn li)區(qū)：2.過渡(gud)區(qū)：3.湍流光滑管區(qū)：4.湍流粗糙管過渡區(qū)：5.湍流粗糙管平方阻力區(qū)：無合適公式。共四十一頁(yè)6.7.2 莫迪圖用于計(jì)算新的工業(yè)管道沿程損失(snsh)系數(shù)分五個(gè)區(qū)【例6-2】共四十一頁(yè)應(yīng)用(yngyng)： 已知：普通(ptng)鋼管參數(shù)求：流量解：【例6-3】共四十一頁(yè)6.8 局部損失(snsh)系數(shù)6.8.2 管道截面突然(trn)縮小(略)6.8.1 管道截面突然擴(kuò)大6.8.3 彎管(略)6.8.4 其他管件（略）共四十一頁(yè)6.8.1

8、管道截面突然(trn)擴(kuò)大不可(bk)壓、定常流動(dòng)動(dòng)量方程：由試驗(yàn)知：列兩截面總流伯努力方程：(1)(3)(2)(2)代入(1)得：共四十一頁(yè)連續(xù)(linx)方程：說明(shumng)：（1） 僅與幾何條件有關(guān)，與物性、速度無關(guān)。截面突縮：或：（2）或：局部損失系數(shù)：或：共四十一頁(yè)6.9 管道的水力(shul)計(jì)算6.9.2 串聯(lián)(chunlin)管道6.9.1 簡(jiǎn)單管道6.9.3 并聯(lián)管道6.9.4 分支管道(略)共四十一頁(yè)三類(sn li)問題正問題(wnt)反問題反問題H試算共四十一頁(yè)常用(chn yn)公式總流伯努力(n l)方程：損失公式：沿程損失系數(shù)連續(xù)方程：層流：經(jīng)驗(yàn)公式湍流：莫

9、迪圖共四十一頁(yè)6.9.1 簡(jiǎn)單(jindn)管道關(guān)鍵(gunjin)：6.9.2 串聯(lián)管道6.9.3 并聯(lián)管道共四十一頁(yè)已知：不可壓粘性流體在兩個(gè)大水平(shupng)板間做定常層流流動(dòng)，沿流向壓強(qiáng)降（1）兩板都不動(dòng)時(shí)，板間速度(sd)分布?！纠?-1】 （2）下板固定，上板以均勻速度U沿流動(dòng)方向流動(dòng)時(shí)，板間速度分布。 求：共四十一頁(yè)解：簡(jiǎn)化N-S方程(fngchng)(x方向)水平(shupng)層流：定常流：連續(xù)方程：整理得：對(duì)y兩次積分得：速度與z無關(guān)：重力場(chǎng)：共四十一頁(yè)（1）兩板固定(gdng)：邊條：呈拋物線分布(fnb)共四十一頁(yè)（2）上板運(yùn)動(dòng)(yndng)：邊條：上板運(yùn)動(dòng)(ynd

10、ng)引起沿x方向壓力梯度引起庫(kù)塔流+=共四十一頁(yè)【例6-2】求：(1)冬天(dngtin)和夏天的沿程損失hf ; 解： 油泵(yubng)沿等直徑水平管輸送重油，d200mm , l3000m 的鋼管，粗糙度=0.2mm, 900 kg/m3, Q90T/h, 運(yùn)動(dòng)粘度在冬天為1.092 10-4 m2/s , 夏天為0.355 10-4 m2/s ；（已知管道和流量求沿程損失）流量為流速：相對(duì)粗糙度：(2)輸送重油所需功率。共四十一頁(yè)鋼管(gnggun)/d=0.001，冬天(dngtin)：夏天：為湍流(油柱)(油柱)為層流；2=0.0385（2）hf 為單位重力流體的能量損失，由油泵

11、供給，故：（1）查穆迪圖得：共四十一頁(yè) 已知:普通(ptng)鋼管d10cm , l400m，絕對(duì)粗糙度=0.2 ，油的比重為0.9,運(yùn)動(dòng)粘度=10 -5 m2/s，p =800KPa?！纠?-3】求：管內(nèi)(un ni)流量q 解：（莫迪圖完全粗糙區(qū) ）查莫迪圖得20.027 ,重新計(jì)算速度：查莫迪圖得20.027（已知管道和壓降求流量）由：共四十一頁(yè)【例6-5】 液面差H，h，管長(zhǎng)L，B點(diǎn)前管長(zhǎng)L1，管徑d，局部損失(snsh)系數(shù)e ,i , b。 求: (1)流量(liling)qv ，(2)B點(diǎn)真空液高h(yuǎn)v。解：(1)、列上下游自由面總流伯努力方程：(2)、上游自由面和B點(diǎn)總流伯努力方程：共四十一頁(yè)(3)、最高液面高度(god)hmax：冷沸騰產(chǎn)生(chnshng)氣泡，阻礙流動(dòng)，故存在hmax 。飽和蒸汽壓力真空液柱高共四十一頁(yè)內(nèi)容摘要第六章 粘性流體管內(nèi)流動(dòng)。6.2 不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)方程（Navier-Stokes方程）。N-S方程、連續(xù)方程。不可壓粘性流體、等直圓管內(nèi)，定常、層流流動(dòng)。瞬時(shí)軸向速度與時(shí)均速度。d - 圓管直徑。(2)代入