工程流體力學(xué)(II)：5.1-5.5.1

2022/12/235.1.4流動損失分類1.沿程損失沿程損失是指沿流體流動的路程上由于各流體層之間的摩擦力而造成的機械能損失，因此也叫摩擦損失。單位重量流體的沿程損失以hf表示。2.局部損失位置：流道彎曲、流通截面突然擴大或縮小，或閥門等處。原因：流體經(jīng)過這些局部區(qū)域時，流速大小和方向被迫劇烈地改變，因而發(fā)生撞擊、旋渦等現(xiàn)象。局部阻力：由于粘性作用，流體質(zhì)點間發(fā)生劇烈地摩擦和動量交換，因而阻礙著流體運動，這種阻礙稱為局部阻力。1/152022/12/23能量損失：流體為了克服局部阻力而消耗的機械能，稱為局部損失，單位重量流體的局部損失以局部損失情況2/152022/12/235.2圓管中充分發(fā)展的層流流動及沿程損失計算5.2.1圓管層流流動的速度分布充分發(fā)展的管流：起始段和充分發(fā)展段管流。圓管說明：圓柱體所受各力在ｘ方向投影的合力為(p1、p2軸心壓強)：3/152022/12/23左邊僅與x有關(guān)，右邊僅與r有關(guān)，故左右均應(yīng)為常數(shù)。4/152022/12/23平均速度：流量定律：Q正比于單位長度的壓降和圓管半徑4次方。5/152022/12/235.2.2沿程損失計算由伯努利方程可知:由H的定義及平均速度關(guān)系，有：結(jié)論：層流流動的沿程損失與平均流速的一次方成正比，沿程損失系數(shù)λ只與Ｒｅ有關(guān)，與管壁粗糙度無關(guān)。注：在實際工程中，常用λ＝75／Ｒｅ計算油的層流流動。若管中流量為Ｑ，則由于沿程摩擦所損失的功率為：6/152022/12/235.3圓管中湍流流動5.3.1湍流的研究方法湍流脈動現(xiàn)象：固定空間點的參數(shù)圍繞某一“穩(wěn)定值”隨時間隨機波動。特點：某一瞬時流動參數(shù)服從N-S方程。時均化法：將湍流中某點的瞬時參數(shù)在時間間隔Ｔ內(nèi)進行時間平均。如V、P的時間平均：瞬時參數(shù)、時均參數(shù)、脈動參數(shù)三者之間的關(guān)系；7/152022/12/235.4管內(nèi)湍流時沿程損失關(guān)鍵：計算沿程損失系數(shù)，需要通過試驗獲得。粗糙度定義：Δ為管壁粗糙凸出高度，ｄ為管子直徑，用＝Δ／ｄ表示管壁的相對粗糙程度。尼古拉茲試驗：層流區(qū)過渡區(qū)光滑管區(qū)粗糙管區(qū)阻力平方區(qū)8/152022/12/239/152022/12/23關(guān)于管壁粗糙度對流動的影響。據(jù)理論分析和試驗結(jié)果知，紊流粘性底層厚度計算公式為：層流：粗糙度被掩埋在層流中，主流不受影響。光滑管區(qū)：粗糙度Δ低于粘性底層厚度。主流不受影響。粗糙管區(qū)：粗糙度Δ低于粘性底層厚度。部分凸出于主流中，對主流產(chǎn)生影響。阻力平方區(qū)：Re數(shù)很大，粘性底層厚度幾乎可以忽略，粗糙度Δ幾乎完全凸出在主流中，沿程損失系數(shù)僅由Δ/d確定，而于雷諾數(shù)無關(guān)。10/152022/12/23求解問題過程：算法一、已知d,V,Δ,ρ,μ,求hw.1、計算流動雷諾數(shù)Re;2、根據(jù)相對粗糙度(Δ/d)計算各區(qū)的臨界雷諾數(shù)；3、判定流動所在的流動阻力區(qū)；4、根據(jù)阻力區(qū)的沿程損失系數(shù)公式計算λ。5、計算沿程損失。算法二、已知d,Δ,ρ,μ,hw，求V,Q.1、設(shè)λ0，由hw求出V’;2、由V’,計算λ1；由λ1計算出V;1/152022/12/233、如果λ0和λ1近似，則得V;

否則V’=V,λ0=λ1并回到2。算法三：在光滑管區(qū)或在粗糙管區(qū)的λ計算方法。1、假設(shè)λ0；2、根據(jù)式(5-32)或(5-34)計算新的λ’；3、如果λ0和λ’近似，則得λ＝λ’;

否則λ0＝λ’并回到2。12/152022/12/2313/152022/12/235.5局部損失計算5.5.1造成局部損失的原因1.流通截面突然縮小2-2截面有碰撞損失；1-1截面到4-4截面有“頸縮”流動，有不規(guī)則運動引起損失；2-2截面到3-3截面處，有旋渦存在，故有旋渦損失；1-1到3-3截面之間加速，3-3截面到4-3截面之間減速；此過程也存在損失2.流通截面突然擴大與上述4種損失類似；特定渦流區(qū)的形狀隨大、小截面的面積不同而變化。面積比較小時，可能出現(xiàn)不對稱流動。14/152022/12/233.管道彎曲三部分局部損失：渦流損失、碰撞損失和“二次流”損失。特點：有二次流存在。產(chǎn)生原因：離心力使核心流由曲面A‘C’向曲面AC流