《【2017年整理】八不可压缩粘性流体内部流动流体力学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】八不可压缩粘性流体内部流动流体力学（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第8章 粘性流体运动及其阻力计算本章研究流体在流动过程中，流动阻力损失hl的变化规律及其计算方法。8.1 流体运动与流动阻力的两种形式8.2 流体运动的两种状态层流与紊流8.3 圆管中的层流8.4 圆管中的紊流8.5 圆管流动沿程阻力系数的确定8.6 非圆截面管道的沿程阻力计算8.8 管路中的局部损失主要内容 8.1 流体运动与流动阻力的两种形式一、水力半径湿周x在过水断面相等的情况下，x大则接触面积也大，阻力就大dx acb cdbcab xAR 水力半 径ddR42管圆几何半 ）为 径rrd (24 二、两种运动和阻力形式1.均匀流动和沿程损失均匀流动流线为平行直线的流动。沿程损失hf
2、流体在均匀流动中受到的阻力称沿程阻力，单位重量流体克服沿程阻力消耗的能量称沿程损失。（沿程阻力主要是流体与固体边界的摩擦力造成）2.非均匀流动和局部损失非均匀流动边界几何形状急剧变化区域内的流动。局部损失hr流体在非均匀流中受到的阻力称局部阻力， 单位重量流体克服局部阻力消耗的能量称局部损失。（局部阻力主要是流速分布改变引起旋涡区造成） 总阻力损失计算hl =hf +hr固体边界的形状决定了两种类型的流动阻力两种类型阻力的流动图形 总水头线的变化 8.2 流体运动的两种状态层流与紊流一、雷 两种流态1.层流 流体 层 分 、 层 、 一层层的流动。 种流动称为 层流 2.紊流 层 相 ，运动
3、章。称 紊流 界流速Vc层流 变为紊流 的流速V Vc（紊流）下 界流速Vc 紊流 变为层流 的流速V 2000( 2300） （紊流） 面 非面流动流态水力半径R 的 界雷 currency1 界雷 currency14dR 20004Re Rvvd50042000Re vRR300Re R 为t=15C的水在直径d=100mm的中流动，流量Q=15L/s 一 形 ， 2m,水 1m,平均流速0.7m/s,水 。 两 流态。sm /10141.1 26smAQv /911.141.0101523管流速圆)(2000167632101411 109111 6 紊流管雷 圆 诺数 ,. .vdR
4、e mAR 5.0122 12 明渠水力半 径)(30030701101411 5070 6 紊流明渠雷 诺数 ,. .vRRe P.51.2 层流匀速运动（定 fi 流动 在流中 体，受力分y 方 Fy=08.3 圆管中层流运动圆管内层流的基本问题：求速度分布和沿程损失02)( 221 rlrpp lrpp2)( 21 drdu y rlprlppdrdu y 2221 1.速 分布一、速 分布和力分布crlpu y 24分积边界 240, RlpcuRr y )(4 22 rRlpu y 速 分布律为旋 面 线 lpdRlpu y 16422max2.力分布 rlpdrdu y 2 lpR
5、20管壁上 二、流量和平均流速1.流量rdruQ R y 20 R rdrrRlp0 22 2)(4 lpdlpR128844 定律2.平均流速22243288 dlpRlpRlpRAQv 2maxyuv 、层流的沿程损失计算gvdlvd 264 2 gvdl2Re64 2Re64令gvdlhf 22ff QhN fhgvpzgvpz 2222222111 phf232dlv式沿程损失 currency1(W)，-N/m3, Q-m3/s, hf -m 损失（层流沿程损失计算式) l=1000m,直径d=300mm的中重 =9.31kN/m3的重 ，重量流量G=2300kN/h, 分为10C（
6、 =25cm2/s)和40C （ =1.5cm2/s) 的水头损失。的体积流量的平均流速20001171025 3.0976.0Re 41 vd20001952105.1 3.0976.0Re 42 vdsmGQ /069.0360031.9 2300 3 smAQv /976.03.04069.02 10C的雷 currency140C的雷 currency1 10C沿程损失油柱）（mgvdlhf 8.908.92976.03.01000117642Re642211 油柱）（mgvdlhf 3.58.92976.03.010001952642Re642222 )(3.588.90069.03
7、1.911 kwQhN f )(4.33.5069.031.922 kwQhN f 40C沿程损失10C 损失40C沿程损失 8.4 圆管中紊流运动流动多为紊流， 局限流，海洋环流、大气环流、航空和造船程中的流动象等多为紊流状态。流体 在运动中相 掺 剧烈，其 理量随 和空 随机变化。紊流的起因和内部结构等一些最基本的 理本的认识迄今仍未揭 清楚。 一、运动要素的脉动与 均化处理紊流特征 1. 层 掺 2.运动要素脉动瞬 运动要素瞬 看成 平均与脉动叠加的方法叫运动要素 均化处理。后就 均替代瞬 研究uuu ppp 进一步分 均流速与脉动速 A， T内流经 A的流量 T AdtuTAu 0 T
8、 Adtuu0 )( TT dtuTdtuTu 00 11 T dtuTu 01 To udtTu 1 T dtuTu 0 01 二、紊流结构、力与速 分布1.紊流结构层流底层厚 Re8.32d 2. 合 和力（1）粘 力普朗特 合 理（2）附加力紊流力 = 粘性+ 附加 （层流底层附加=0） dydu 粘性22 )(dydul 附加 3.速 分布层流边层及过区为 线分布（近似为线 ），核心区为 currency1分布，中心最大层流边层内 dydu yu 0分积cyku ln10核心区 、水力光滑、水力粗糙概念绝 粗糙 /d相 粗糙 水力光滑（图a 597(d/ ) 9/8 ， = f ( /
9、d )柯列布茹克式)Re35.9lg(214.11 d式中叫当量粗糙 ，P.83阿里特 里式苏25.0)Re68(11.0 d尼古拉 式兹2)73(21 d.lg 二、莫迪图( 业道 得到)1 8.6 非形面道的沿程阻力计算一、利 原 式计算gvdlhf 22 gvRl 24225.0)Re4(3164.0R 光滑区 二、利 蔡 式计算gvRlhf 242 2218 AQRgl 222RAclQ222 KRAc 令22KlQhf lhKQ f iK iRAc 22Ricv i 为单位 的沿程损失，称水力坡 c=8g/称为蔡 currency1 K=cA R称为流量模currency1。 4.8
10、 中的局部损失讨局部损失的计算，其在 流态下 的变化规律，但程 少 局部内是层流，只研究紊流。局部阻力产生的原因突然扩大 闸阀突然 一、突然扩大列1-1,2-2面伯努利方程列1-1,2-2面动量方程rhgvpzgvpz 2222222111 gvvpzpzhr 2)()(22212211)( 12 vvQF cos)( 2212111 GApAApApF lzz 21cos )()()( 1222122122221 vvAvgvvQzzAApAp gvvgvpzpz 12222211 )()( 代 伯努利方程得 p1 p1G=A2 l （ 式)hr的 一形式代 式得局部阻力 currency1
11、gvvgvvgvvgvhr 2)(222122211222 21121221 , AAvvAAvv 或gvgvAAhr 22)1(2121221 gvgvAAhr 22)1(2222212 )()1( 2212 vAA 对应)()1( 1221 vAA 对应 、局部装置的当量当量gvdlgv e2222 dle 、能量损失的叠加hl = hf +hrgvdLgvdllh el 2222 水 流速v = 50m/s, 水 的水头损失 P.91得=0.06gvhr 22 )OH(65.78.925006.0 22m 2 测定一90 头的局部阻力 currency1，在A、B两断面接测， 直径d=5
12、0mm，AB l=10m ,水的流量Q=2.74l/s，沿程阻力 currency1=0.03，测水头 h=0.629m， 头的。gvgvdlpzpz BBAA 2222 )()(2)(2BBAApzpzgvdl h24dQv sm/4.105.014.300274.042 dlgvh 22 29.005.01003.08.924.1629.02 3 在突然扩大装置 装测，测得水流量 Q=0.0327m3/s ，两水 fl h=1cm， d1=24cm，d2=48cm， 装置局部阻力 currency1。 列1-1, 2-2断面能量方程gvgvpgvp22222222211 gvvppgv2222212122 1)(2 41222 ddgvh1)(2)4(412222 ddgdQh 02.9
