管中流動(dòng)ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-31 08:37 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 湍動(dòng)粘度 yxt vv ???? ?? yx vv ??,二、管中湍流的切應(yīng)力分布和速度分布 、水力光滑管與水力粗糙管 粘性底層（或近壁層流層）：在靠近管壁處的一薄層流體中，由于受管壁的牽制，流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)受到限制，流體的粘性起主導(dǎo)作用，流動(dòng)呈層流狀態(tài)。在這一薄層流體內(nèi)，流體沿徑向存在較大的速度梯度，在管壁處速度降為零。 湍流核心區(qū)：由于湍流脈動(dòng)的結(jié)果，在離邊壁不遠(yuǎn)處到中心的大部分區(qū)域流速分布比較均勻，這部分流體處于湍流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 過渡層：在粘性底層與湍流核心區(qū)之間存在著范圍很小的過渡區(qū)域。由于過渡區(qū)域很小且很復(fù)雜，一般將其并入湍流核心區(qū)來(lái)處理。 —— 粘性底層的厚度公式 ??? Re30d水力光滑管： 當(dāng) ??時(shí)，管壁的凹凸不平部分完全淹沒在粘性底層中，此時(shí)粗糙度對(duì)湍流核心幾乎沒有影響，流體好似在完全光滑的管中流動(dòng)。 水力粗糙管：當(dāng) ??時(shí)，管壁的凹凸不平部分暴露在粘性底層之外，粘性底層被破壞，湍流核心的流體沖擊在凸起部分，將會(huì)產(chǎn)生漩渦，加劇湍動(dòng)程度，增大能量損失。粗糙度的大小對(duì)湍流產(chǎn)生直接影響。 注意：這里所謂的光滑管和粗糙管只決定于流體的運(yùn)動(dòng)情況，同一管道可以為粗糙管，也可以為光滑管，主要決定于粘性底層的厚度，或者說(shuō)決定于雷諾數(shù) Re。 dyvddyvdldyvd 2??? ??2. 切應(yīng)力分布 湍流： lpd40???Rr0?? ?壁面切應(yīng)力： 切應(yīng)力分布： 即適應(yīng)層流，也適應(yīng)湍流。 3. 速度分布 a. 粘性底層 b. 湍流核心區(qū) yvx ??0? 速度分布是直線規(guī)律 ?????? 00 ln1 ?? ykv x速度分布按對(duì)數(shù)規(guī)律，特點(diǎn)是速度梯度小。 對(duì)于光滑管， 普蘭特 — 卡門根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到湍流的速度分布指數(shù)公式 ： nxRyvv ???????m a x當(dāng) Re約 105時(shí)， n＝ 1/7，稱為湍流流速分布的七分之一定律 167。 54 管路中的沿程阻力 一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 第 1區(qū) —— 層流區(qū)， λ=f(Re)， λ=64/Re。 第 2區(qū) —— 層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯倪^渡區(qū)，λ=f(Re)。 第 3區(qū) —— 水力光滑管區(qū)，湍流狀態(tài)，Re4000,λ=f(Re)。 第 4區(qū) —— 由 “ 光滑管區(qū) ” 轉(zhuǎn)向 “ 粗糙管區(qū) ” 的湍流過渡區(qū)， λ=f(Re,Δ/d)。 第 5區(qū) —— 水力粗糙管區(qū)或阻力平方區(qū)，λ=f(Δ/d)。水流處于發(fā)展完全的湍流狀態(tài)，水流阻力與流速的平方成正比，故又稱阻力平方區(qū)。 計(jì)算 ??的經(jīng)驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)公式 二、莫迪圖 當(dāng)量的絕對(duì)粗糙度： 工 程中實(shí)際應(yīng)用的工業(yè)管道，所使用的管道壁面粗糙度不可能這么均勻。工業(yè)管道的粗糙度難于直接測(cè)定，而是 由實(shí)驗(yàn)測(cè)出沿程阻力損失 hf和平均速度 v后，在已知管長(zhǎng) l和直徑 d的條件下，可由公式 確定出 ?值，再由尼古拉茲粗糙管公式，反算出一個(gè)粗糙度值，作為工業(yè)管道內(nèi)表面粗糙度，并稱它為當(dāng)量粗糙度。 )2( 2gvdlh f??思考題 （ I） ？其物理意義是什么？當(dāng)管道流量一定時(shí)，隨管徑的加大，雷諾數(shù)是增大還是減小？ ，而不用上臨界雷諾數(shù)作為層流與湍流的判別準(zhǔn)則？ ，其下臨界雷諾數(shù)如何變化？ 、流速如何分布？ ？該式對(duì)于圓管的進(jìn)口段是否適用？為什么？ ，而中心點(diǎn)的流速是逐漸增大的？ 思考題 （ II） ？湍流時(shí)，恒定流與非恒定流如何定義？ 、脈動(dòng)流速、時(shí)均流速和斷面平均流速的定義及其相關(guān)關(guān)系怎樣？ ？它們各與哪些因素有關(guān)？各主要作用在哪些部位？ ？其厚度與哪些因素有關(guān)？其厚度對(duì)湍流分析有何意義？ ？ ？ 167。 55 管路中的局部阻力 輸送流體的管道不是只由等斷面直管所組成，為了通向一定的地方和控制流量的大小和流動(dòng)方向，管路上要裝置很多彎頭、三通、閥門等管道附件和控制件。流體在這些附件和控制件內(nèi)或者被迫改變流速大小、或者被迫改變流動(dòng)方向，或者兩者兼而有之，從而干擾了流體的正常運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了撞擊、分離脫流、旋渦等現(xiàn)象，帶來(lái)了附加阻力，增加了能量損失，通常稱作 局部阻力損失 。 局部阻力損失計(jì)算公式為 gvhm 22???為局部阻力系數(shù)， v為流動(dòng)的平均速度 。 個(gè)別簡(jiǎn)單情況可以從理論上求得 ?值外，其它大多數(shù)情況不能計(jì)算出來(lái)，而只能由實(shí)驗(yàn)確定。 一、幾種常見的局部阻力系數(shù) gvgvgvvhm 222)( 222211221 ??????21222211)1()1(??????AAAA1. 突然擴(kuò)大 當(dāng) ，如液流由管道流入油箱的情況，則有 A A2 1》 11??2. 漸擴(kuò)管 系數(shù) k與擴(kuò)散角有關(guān)，其值由吉布森（ ）提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由圖可見，圓管的擴(kuò)散角 時(shí)阻力最小， k值約為 ，當(dāng)
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