版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
04二月2023
過(guò)程裝備與控制工程機(jī)械工程系工程流體與粉體力學(xué)基礎(chǔ)第4章管內(nèi)流體流動(dòng)阻力和水頭損失
本章將討論具有粘性的實(shí)際流體運(yùn)動(dòng),分析形成阻力的原因和分類,以及流態(tài)的變化,從而從理論上建立實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)的微分方程04二月2023
流體力學(xué)
【教學(xué)重點(diǎn)】1.實(shí)際流體的兩種流動(dòng)型態(tài)的判別
;2.實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程;3.圓管層流與紊流的流速分布;4.沿程阻力系數(shù)及沿程水頭損失的計(jì)算;5.局部水頭損失的計(jì)算。沿程損失與局部損失的特征,當(dāng)量粗糙度、當(dāng)量直徑的概念,紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算04二月2023
流體力學(xué)第一節(jié)水頭損失的概念及分類一、水流阻力與水頭損失1.水頭損失產(chǎn)生的原因:
1)液體具有粘滯性;(內(nèi)因)
2)由于固體邊界的影響,液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。(外因)
流速分布切應(yīng)力分布uτy04二月2023
流體力學(xué)
液體經(jīng)過(guò)時(shí)的局部損失包括五段:進(jìn)口、突然放大、突然縮小、彎管和閘門。進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門04二月2023
流體力學(xué)2、水頭損失的分類沿程損失hf沿程都有并隨沿程長(zhǎng)度而增加的能量損失,稱作沿程水頭損失,常用hf表示。hf1hf2hf3hf404二月2023
流體力學(xué)流動(dòng)急劇調(diào)整產(chǎn)生的流動(dòng)阻力為局部阻力;局部損失總的水頭損失為:進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門04二月2023
流體力學(xué)1.
沿程水頭損失
2.
局部水頭損失或或!關(guān)鍵是各種流動(dòng)條件下無(wú)因次系數(shù)和的計(jì)算。
二、能量損失的計(jì)算公式04二月2023
流體力學(xué)
大量的實(shí)踐表明,沿程損失的規(guī)律與流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān),雷諾(Reynolds)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究后,發(fā)現(xiàn)實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)存在著兩種不同的狀態(tài),即層流(laminarflow)和紊(湍)流(Turbulentflow)兩種流動(dòng)類型。兩種流動(dòng)類型中沿程損失規(guī)律大不相同。下面來(lái)介紹雷諾是如何發(fā)現(xiàn)流體運(yùn)動(dòng)的這兩種流態(tài)的。第二節(jié)雷諾實(shí)驗(yàn)層流與紊流OsborneReynolds(1842-1916)04二月2023
流體力學(xué)一、層流與紊流(LaminarandTurbulentflow)各液層之間毫不相混,這種分層有規(guī)律的流動(dòng)-層流層流(片流):毛細(xì)血管中的血液流動(dòng)和流速很小的細(xì)直管道中的流動(dòng)04二月2023
流體力學(xué)運(yùn)動(dòng)軌跡極不規(guī)則,各部分流體劇烈摻混-紊(湍)流輸油管道、天然河道、大氣環(huán)流、洋流、動(dòng)脈中血液的流動(dòng)04二月2023
流體力學(xué)
OABDE:流速由小到大。EDCAO:流速由大到小。二、與V之間的關(guān)系層流區(qū)過(guò)渡區(qū)湍流區(qū)lgk104二月2023
流體力學(xué)
(1)
在OA段,,。
(2)在DE段,,(3)
在AD段,流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定,為過(guò)渡區(qū)。04二月2023
流體力學(xué)
雷諾數(shù):
臨界雷諾數(shù):對(duì)于圓管:三.流態(tài)的判別—雷諾數(shù)(Reynoldsnumber)04二月2023
流體力學(xué)
【例4-1】
已知:,,
求:(1)判別流態(tài);
(2)求臨界速度解:(1)(紊流)
(2)=>例4-2水管徑d=100mm,流速v=0.5m/s,水的運(yùn)動(dòng)粘度,問(wèn)管內(nèi)水的流態(tài)。如果管中是油,流速不變,運(yùn)動(dòng)粘度求管內(nèi)油的流態(tài)。解:水的雷諾數(shù)油的雷諾數(shù):水在管中呈紊流狀態(tài)油在管中呈層流狀態(tài)04二月2023
流體力學(xué)
四、紊流的成因04二月2023
流體力學(xué)
層流受擾動(dòng)后,當(dāng)粘性的穩(wěn)定作用起主導(dǎo)作用時(shí),擾動(dòng)就受到粘性的阻滯而衰減下來(lái),層流就是穩(wěn)定的。當(dāng)擾動(dòng)占上風(fēng)時(shí),粘性的穩(wěn)定作用無(wú)法克服使擾動(dòng)衰減下來(lái),于是擾動(dòng)便變?yōu)槲闪?。因此,流?dòng)呈現(xiàn)何流動(dòng)狀態(tài),取決于擾動(dòng)的慣性作用和粘性的穩(wěn)定作用相互斗爭(zhēng)的結(jié)果。Hinze:紊流是一個(gè)相當(dāng)熟悉的概念,但至今仍不能給出一個(gè)很好的定義,使其能評(píng)價(jià)其特征。楊本洛:對(duì)一個(gè)以不規(guī)則作為必要條件寫出的現(xiàn)象,試圖尋找它的規(guī)則的研究是永遠(yuǎn)不會(huì)成功的。為什么雷諾數(shù)可以作為判別流態(tài)的一般準(zhǔn)則?
04二月2023
流體力學(xué)
雷諾數(shù)反映了慣性力和粘滯力的對(duì)比關(guān)系。04二月2023
流體力學(xué)
軸向力的平衡:
第三(四)節(jié)圓管中的層流運(yùn)動(dòng)一、均勻流動(dòng)方程式尼古拉茲試驗(yàn)曲線圖3.18
04二月2023
流體力學(xué)
—稱為水力坡度
表明圓管均勻流中,切應(yīng)力與半徑成正比,在斷面上按直線規(guī)律分布,軸線上為零,在管壁上達(dá)最大值。04二月2023
流體力學(xué)
1、速度剖面顯然,斷面流速分布是以管中心線為軸的旋轉(zhuǎn)拋物面。邊界條件:r=r0,u=0。二、斷面流速分布特征04二月2023
流體力學(xué)
2、斷面最大速度(管軸上)3、平均流速4、沿程損失及沿程阻力系數(shù)04二月2023
流體力學(xué)
5、動(dòng)能修正系數(shù)及動(dòng)量修正系數(shù)
6、動(dòng)量修正系數(shù)04二月2023
流體力學(xué)
【例4-2
】已知:
求:
解:
,cm/s,流態(tài)為層流,故有,04二月2023
流體力學(xué)
紊流內(nèi)部有著許許多多尺度不同的渦旋。這些渦旋都在圍繞著通過(guò)自身的某一軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí),還具有空間運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性。紊流的宏觀表現(xiàn)是各流層的流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混,流動(dòng)極不規(guī)則,雜亂無(wú)章,即使在同一空間點(diǎn)上,流體質(zhì)點(diǎn)的速度、壓強(qiáng)等物理量隨時(shí)間呈一種不規(guī)則的隨機(jī)變化特征,這種現(xiàn)象稱為脈動(dòng)或漲落(fluctuation)現(xiàn)象。第五節(jié)圓管中的紊(湍)流
一、紊流運(yùn)動(dòng)的特征瞬時(shí)值、時(shí)均值、脈動(dòng)值04二月2023
流體力學(xué)
由于脈動(dòng)的隨機(jī)性,統(tǒng)計(jì)平均法是處理紊流流動(dòng)的基本方法。統(tǒng)計(jì)平均法有時(shí)均法和體均法等。04二月2023
流體力學(xué)
速度分量ux的時(shí)均值:
同理,有其中,T為平均周期,比紊流的脈動(dòng)周期大得多,而比流動(dòng)的不恒定性的特征時(shí)間又小得多,隨具體情況而定。
脈動(dòng)值:
如果紊流流動(dòng)中各物理量的時(shí)均值不隨時(shí)間而變,僅僅是空間點(diǎn)的函數(shù),可認(rèn)為時(shí)均流動(dòng)是恒定流動(dòng)。紊流的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)總是非恒定的,而平均運(yùn)動(dòng)可能是非恒定的,也可能是恒定的。但紊流從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是非恒定的。04二月2023
流體力學(xué)
因時(shí)均流速的不同,各流層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),仍然存在著粘性切應(yīng)力。1、粘性切應(yīng)力2、慣性切應(yīng)力這就是因紊流橫向脈動(dòng)而產(chǎn)生的慣性切應(yīng)力。二、紊流阻力04二月2023
流體力學(xué)
因此紊流理論主要就是研究脈動(dòng)值和平均值之間的關(guān)系。宏觀上流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起慣性切應(yīng)力,這與分子微觀運(yùn)動(dòng)引起粘性切應(yīng)力十分相似。因此,Prandtl(1925)將流體質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)相類比,提出了混合長(zhǎng)度的概念。
混合長(zhǎng)度:假設(shè)在脈動(dòng)過(guò)程中,存在著一個(gè)與分子平均自由路程相當(dāng)?shù)木嚯x。流體微團(tuán)在該距離內(nèi)不會(huì)和其它微團(tuán)相碰撞。因此,該流體微團(tuán)保持原有的物理屬性,例如,保持動(dòng)量不變。只是在經(jīng)過(guò)這段距離后,才與周圍流體相混合,并取得與新位置原有流體相同的動(dòng)量?;旌祥L(zhǎng)度(MixingLength)理論04二月2023
流體力學(xué)
式中稱為混合長(zhǎng)度。于是湍流切應(yīng)力可寫成由普朗特混合長(zhǎng)度理論,可以導(dǎo)出
注意:
04二月2023
流體力學(xué)
四、紊流的流速分布三、紊流結(jié)構(gòu)04二月2023
流體力學(xué)
紊流04二月2023
流體力學(xué)
第六節(jié)沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律一、沿程阻力系數(shù)的影響因素絕對(duì)粗糙度K:粗糙凸起的高度相對(duì)粗糙度:K/d或K/r0,其倒數(shù)稱為相對(duì)光滑度二、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)不要走神,注意聽講吆!04二月2023
流體力學(xué)
為了分析和觀測(cè)Re和相對(duì)粗糙度對(duì)沿程阻力系數(shù)的影響,共選取了六種不同的相對(duì)粗糙度。
1、人工均勻粗糙將大小基本相同,形狀近似球體的砂粒用漆汁均勻而稠密地粘附于管壁上,這種尼古拉茲使用的人工均勻粗糙叫尼古拉茲粗糙。04二月2023
流體力學(xué)
2、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)結(jié)果:04二月2023
流體力學(xué)
3、紊流阻力分區(qū)的解釋紊流光滑區(qū)紊流過(guò)渡區(qū)紊流粗糙區(qū)04二月2023
流體力學(xué)
光滑區(qū):重合。粗糙區(qū):均與橫軸平行。因此可把尼古拉茲粗糙作為度量的基本標(biāo)準(zhǔn),把工業(yè)管道的不均勻粗糙折合為尼古拉茲粗糙。
當(dāng)量粗糙度:與工業(yè)管道粗糙區(qū)λ值相等的同直徑尼氏管道的糙粒高度稱為該工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙度。四、工業(yè)管道λ的計(jì)算04二月2023
流體力學(xué)
過(guò)渡區(qū)λ的計(jì)算公式
2.阿里特蘇里公式:二者存在較大的差異:工業(yè)管道在較小的Re下就偏離光滑曲線,且隨Re的增加平滑下降,而尼古拉茲曲線存在著上升的部分。因此,尼古拉茲的過(guò)渡區(qū)的實(shí)驗(yàn)資料對(duì)工業(yè)管道是完全不適用的
1.Colebrook(柯列勃洛克)公式K:工業(yè)管道的當(dāng)量糙粒高度04二月2023
流體力學(xué)
莫迪圖(以柯氏公式為基礎(chǔ))04二月2023
流體力學(xué)
層流區(qū)紊流光滑區(qū)
布拉休斯經(jīng)驗(yàn)公式:
紊流過(guò)渡區(qū)
經(jīng)驗(yàn)公式
紊流粗糙區(qū)
阿里特蘇里經(jīng)驗(yàn)公式:(Re<105)
的經(jīng)驗(yàn)公式04二月2023
流體力學(xué)
【例4-3】已知:,,,求:(1)人工管道,(2)光滑銅管(3)工業(yè)管,分別求解:(1);
查尼氏實(shí)驗(yàn)圖,得:
04二月2023
流體力學(xué)
(2)
(3)
,
查Moody圖,得:04二月2023
水力學(xué)
給排水工程計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式——謝齊公式斷面平均流速謝齊系數(shù)水力半徑水力坡度1.謝齊系數(shù)有量綱,量綱為[L1/2T-1],單位為m1/2/s。2.謝齊公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)(明渠和管流均可)。3.常用計(jì)算謝齊系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式:曼寧公式巴甫洛夫斯基公式這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測(cè)資料求得,故只能適用于阻力平方區(qū)的紊流。或n為粗糙系數(shù),簡(jiǎn)稱糙率。水力半徑單位均采用米。04二月2023
水力學(xué)給排水第七節(jié)局部損失一、局部損失一般分析進(jìn)口突然放大突然縮小彎管閘門04二月2023
流體力學(xué)
04二月2023
流體力學(xué)
二、突擴(kuò)圓管的局部損失分析斷面1—1與2—2之間的沿程損失很小,可忽略不計(jì)。根據(jù)伯努利方程⊕
04二月2023
流體力學(xué)
再對(duì)1、2兩斷面間全部流體應(yīng)用動(dòng)量方程(不計(jì)管壁摩擦阻力)由于,將上式代入⊕式,得04二月2023
流體力學(xué)
這就是突擴(kuò)圓管流動(dòng)局部損失的理論公式。亦可表示為或
管道出口的局部阻力系數(shù)特例!04二月2023
流體力學(xué)
三、突縮管的局部損失特例!當(dāng)液體由大容器流入管道時(shí),04二月2023
流體力學(xué)
如何計(jì)算非圓形管道的沿程損失呢?
思路有兩個(gè):一是直接對(duì)各種形狀非圓管進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以期對(duì)各種具體形狀的非圓管得到可用的λ曲線或經(jīng)驗(yàn)公式。另一個(gè)思路是能否借用已有的圓管的結(jié)果,將非圓管類的計(jì)算問(wèn)題折合成對(duì)圓管的計(jì)算。顯然,后一種思路具有可行性,而且簡(jiǎn)便。關(guān)鍵是如何將非圓管計(jì)算問(wèn)題折合成圓管的計(jì)算問(wèn)題。這種“折合”方法事實(shí)上是由水力半徑出發(fā),通過(guò)建立當(dāng)量直徑的概念來(lái)實(shí)現(xiàn)的。補(bǔ)充:非圓管的沿程損失04二月2023
流體力學(xué)
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 休完產(chǎn)假年終總結(jié)
- 數(shù)控車削加工技術(shù) 教案 項(xiàng)目五 數(shù)控車床的操作
- 15.5 串、并聯(lián)電路中電流的規(guī)律(4大題型)(含答案解析)
- 初中八年級(jí)語(yǔ)文上學(xué)期期中考前測(cè)試卷含答案解析
- 中國(guó)跨境雙向并購(gòu)與招商引資案例報(bào)告
- T-YNRZ 021-2024 珠芽黃魔芋高產(chǎn)種植技術(shù)規(guī)程
- 【課件】Unit+3+SectionB+Writing+課件人教版英語(yǔ)七年級(jí)上冊(cè)
- 高效脫磷河鋼集團(tuán)李建新
- 高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)3氫原子光譜課件新人教版選修3-
- 信息技術(shù)(第2版)(拓展模塊)教案 拓展模塊5 5.5應(yīng)用開發(fā)實(shí)例2
- 2021-2022學(xué)年北京市海淀區(qū)七年級(jí)(上)期中數(shù)學(xué)試卷【含解析】
- 管理高爾夫-向下管理篇
- 兒童口腔健康宣教課件
- 2024美團(tuán)商戶入駐服務(wù)規(guī)定合同
- 低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃設(shè)計(jì)方案
- 寧波銀行財(cái)富管理創(chuàng)新實(shí)踐
- 中建二測(cè)題庫(kù)2024
- 三級(jí)動(dòng)物疫病防治員職業(yè)鑒定理論考試題庫(kù)-下(判斷題)
- 人教版數(shù)學(xué)六年級(jí)上冊(cè)說(shuō)課稿-第9單元 總復(fù)習(xí)-第4課時(shí) 統(tǒng)計(jì)
- 印刷服務(wù) 投標(biāo)方案(技術(shù)方案)
- 計(jì)量確認(rèn)過(guò)程驗(yàn)證記錄
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論