工程流體力學(xué)課件4流動(dòng)阻力和水頭損失(編輯修改稿)
2025-01-04 09:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 特征： 紊流的 u 、 p 等運(yùn)動(dòng)要素，在空間、時(shí)間上 均具有隨機(jī)性質(zhì)，是一種非定常流動(dòng)。 紊流運(yùn)動(dòng)要素的時(shí)均化 紊流 的分析方法 —— 統(tǒng)計(jì)時(shí)均法 。 如圖所示。觀測時(shí)間足夠長，可得出各運(yùn)動(dòng)參量對(duì)時(shí)間的平均值，故稱為 時(shí)均值 ，如 時(shí)均速度、時(shí)均壓強(qiáng) 等 。 ux ux39。 ux xut 39。xxx uuu ??時(shí)均速度： 瞬時(shí)速度在時(shí) 間周期 T內(nèi)的平均值 uu? 脈動(dòng)速度 ?? T dttzyxuTtzyxu 0 ),(1),(0),(1),(0???? ? T dttzyxuTtzyxu時(shí)均化法 說明 ： ? 時(shí)均周期 T 的取值： 使時(shí)均值與真實(shí)值相差太遠(yuǎn)，脈動(dòng)變化的影響無法顯示。 T 不能太大： T 不能太?。? 時(shí)均值與真實(shí)值很相近，脈動(dòng)無法消除，時(shí)均化的意義不大。 ? 脈動(dòng)值的時(shí)均值： ?? T tfTf 0 39。39。 d1 ftfTtffT TT ???? ?? 00 d1d)(1? 紊流是非恒定的，但其時(shí)均值可以是恒定的。 三、紊流的附加剪應(yīng)力 對(duì) 層流 ： yudd?? ?對(duì) 紊流 ： 21 ??? ??yudd1 ?? ?39。39。2 yx uu?? ??由 Prantl的 動(dòng)量傳遞理論 ： 其中 τ 1 — 由相鄰兩流層間 時(shí)均速度差 所產(chǎn)生的 粘性阻力 τ 2 — 由 脈動(dòng) 引起的紊流 附加切應(yīng)力 對(duì)于紊流， τ 2 ??τ 1 ， 則 39。39。2 yx uu??? ???由 Prantl的 混合長度理論 ： 22 )dd(yul?? ?—— 建立了脈動(dòng)值與時(shí)均值的關(guān)系 四、園管紊流的速度分布 22 )dd(yul?? ?紊流運(yùn)動(dòng)中，由于流體渦團(tuán)相互摻混，互相碰撞，因而產(chǎn)生了流體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞；動(dòng)量大的流體質(zhì)點(diǎn)將動(dòng)量傳遞給動(dòng)量小的質(zhì)點(diǎn)，動(dòng)量小的流體質(zhì)點(diǎn)牽制動(dòng)量大的質(zhì)點(diǎn)，結(jié)果造成 斷面流速分布的均勻化 。 Cykuu ???ln1—— 對(duì)數(shù)或指數(shù)分布規(guī)律 r0 r u umax 紊流中的速度分布 五、紊流流道壁面的類型 紊流區(qū)域劃分為： 過渡區(qū) 過渡區(qū)（層流 ?紊流） 紊流核心區(qū) ? — 管壁的 絕對(duì) 粗糙度 ?/d — 管壁的 相對(duì) 粗糙度 ?0 — 層流邊界層厚度 層流底層 層流底層 過渡區(qū) 紊流核心區(qū) 層流底層 ?0 ? 管壁 流體處于 “ 水力光滑管 ” 區(qū)，壁面為 水力光滑面 。 流體處于 “ 水力粗糙管 ” 區(qū)，壁面為 水力粗糙面 。 流體介于 “ 水力光滑管 ” 區(qū)與 “ 水力粗糙管 ”區(qū)之間，為過渡粗糙區(qū)，壁面為 過渡粗糙面 。 當(dāng) ?0＞ ? 時(shí)， 當(dāng) ?0＜ ? 時(shí)， 當(dāng) ?0 與 ? 相當(dāng)， 注意 水力光滑面和粗糙面并非完全取決于固體邊界表面本身是光滑還是粗糙，而必須依據(jù)粘性底層和絕對(duì)粗糙度兩者的相對(duì)大小來確定，即使同一固體邊壁，在某一雷諾數(shù)下是光滑面，而在另一雷諾數(shù)下是粗糙面。 六、 圓管紊流中的水頭損失 紊流中的水頭損失 區(qū)別 ： 層流 紊流 是一個(gè)只能由實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。 所以，計(jì)算紊流 的關(guān)鍵是確定 。 gvdlhf 22?? ?fh??Re64??)/( R e , rf ???第五節(jié) 紊流的沿程水頭損失 一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 確定阻力系數(shù) λ 與 雷諾數(shù) Re及相對(duì)粗糙度 Δ /r 之間的關(guān) 系，具體關(guān)系要由實(shí)驗(yàn)確定，最著名的是尼古拉茨于 1932～ 1933年間做的實(shí)驗(yàn)。 方法： ① 人為造出六種不同的相對(duì)粗糙度的管； ② 對(duì)不同的管徑通過改變流量來改變雷諾數(shù)； ③ 測出沿程阻力損失，由 求阻力系數(shù) λ . gvdlhf 22?? ?尼古拉茲試驗(yàn)曲線 ? 層流區(qū)： )(64 RefRe ???Re＜ 2022 eRlg)100lg( ? 60 126 252 層流區(qū) 圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)的 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 ? 第一過渡區(qū) （層流 ?紊流） ： Re＝ 2022～ 4000 eRlg)100lg( ? 60 126 252 過渡區(qū) 層流區(qū) 圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)的 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 ? 紊流的 “ 水力光滑管 ” 區(qū)： )( Ref??4000 80 ΔdRe＜＜eRlg)100lg( ? 60 126 252 過渡區(qū) 光滑管 層流區(qū) 圓管流動(dòng)沿程水頭損失系數(shù)的 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 ? 第二過渡區(qū)（ “ 水力光滑管 ” 區(qū) ? “ 水力粗糙管 ”區(qū) ）： )/,( dRef ????dRed 1140Δ80 ＜＜eRlg)100lg( ?過渡粗糙區(qū) 60 126 252 過渡區(qū) 光滑管 層流區(qū) 尼古拉茲試驗(yàn)曲線 ? 紊流的 “ 水力粗糙管 ” 區(qū)（阻力平方區(qū)）： )/( df ???1140 dRe ?＞eRlg)100lg( ?過渡粗糙區(qū) 60 126 252 粗糙區(qū) 過渡區(qū) 光滑管 層流區(qū) 二、沿程阻力系數(shù) λ 的計(jì)算 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及損失規(guī)律 ? u 的表達(dá)式 ? v 的表達(dá)式 又
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