【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 紊流（ CD) ∝ lhlhv 2~ 流態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn) —— 臨界雷諾數(shù) 雷諾發(fā)現(xiàn)下臨界流速穩(wěn)定 ,通過量綱分析建立了 雷諾數(shù) 把下臨界流速值代入上式 ,得臨界雷諾數(shù) 工程上（管流） : 層流 紊流 ),( ?? vdfv c ? ??? vdvd ??Re2023Re ?? ? dv kk2023Re ?Re 2023Re ?二、 均勻流基本方程 JrggRJ 2??? ??使用范圍 :層流、紊流、有壓流、無壓流 討論： 流體內(nèi)部切應(yīng)力： 邊界上： 流體內(nèi)部： 22239。 rrrR ????rr00 ??? 22 0rdAR ??? ? JrggRJ o20 ??? ?? JrgJgR239。 ??? ?? rr 00?? ?三、圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及沿程損失 （ 1）層流內(nèi)部切應(yīng)力： （ 2）層流運(yùn)動(dòng)的流速： drdu?? ??)(4220 rrJu ????yrr ?? 0 dydr ?? Jr2?? ? Jrdrdu2?? ?? （ 3）管中最大點(diǎn)流速 : （ 4）管中斷面平均流速 (5）層流沿程損失計(jì)算 20m ax 4 rJu???28m a x20urJv ????gvdlhl 2Re64 2?? Re64??gvdlhl 22??四、紊流運(yùn)動(dòng)和紊流阻力 紊流運(yùn)動(dòng)的特征 (紊流運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)與時(shí)均化 ) 瞬時(shí)流速 , 時(shí)均流速 , 脈動(dòng)流速 )( tuu xx ?xu39。xdtuTTxx ?? 01瞬時(shí)流速、時(shí)均流速、 脈動(dòng)流速的關(guān)系 39。)( xxx utuu ?? 39。)(xxx utuu ?? xxx utuu ?? )(39。三維空間表示 ?????????????39。39。39。zzzyyyxxxuuuuuuuuu脈動(dòng)流速的時(shí)均值 01)(1100039。39。 ?????? ???xxTxTxTxx uudtuTdttuTdtuTu引入時(shí)均概念后，紊流的運(yùn)動(dòng)要素都具有了時(shí)均的含義，以前建立的概念，如流線、恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流等適用。 紊流阻力 （ 1）紊流切應(yīng)力 對(duì)于層流 : 對(duì)于紊流，在時(shí)均意義上 ,也有粘性引起的切應(yīng)力 ,同時(shí) ,流體質(zhì)點(diǎn)上下脈動(dòng) ,引起慣性切應(yīng)力 .所以 dydu?? ?21 ??? ?? dyud?? ?1普蘭特混摻長(zhǎng)度理論： 式中， 混摻長(zhǎng)度 —— 質(zhì)點(diǎn)到邊壁的距離 kyl ? ?k22 )(dyduldydu ??? ??ly39。39。2 yx uu?? ??紊流斷面流速分布 Cyvu ?? ln*?粘性底層與紊流流核 （ 1）粘性底層 粘性底層厚度 : ??Re d?(2) 紊流的分區(qū) ( 絕對(duì)粗糙度） a)水力光滑區(qū) : b)過渡粗糙區(qū) : c)水力粗糙區(qū) : K ??K00 ?? ?? K06 ??K 尼古拉茲實(shí)驗(yàn) （紊流沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律） （ 1） 尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)裝置 :(同雷諾實(shí)驗(yàn) ) 實(shí)驗(yàn)方法 :篩分砂粒，粘貼管道內(nèi)壁，砂粒直徑 d作為管壁的絕對(duì)粗糙度 。 實(shí)測(cè)： 、 、 、 、水溫 T 計(jì)算： 、 、 、 fhldQv ?vd?RedK? gvdlhl 22??K 相對(duì)粗糙度 相對(duì)光滑度 dK / Kd / ??? ??尼古拉茲實(shí)驗(yàn)成果 （沿程阻力分區(qū)） 全面揭示了不同流態(tài)下 ,沿程阻力系數(shù)和雷諾 數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系。 (1)Ⅰ 區(qū)：層流 (2)Ⅱ 區(qū)：過渡區(qū) (3) Ⅲ 區(qū)：水力光滑區(qū) (Re)f?? Re64??(Re)f?? (Re)f?? ??(4) Ⅳ 區(qū)：過渡粗糙區(qū) (5)Ⅴ 區(qū)：粗糙區(qū) （阻力平方區(qū)） 不僅如此 ,尼古拉茲實(shí)驗(yàn)資料為推導(dǎo)紊流沿程阻力系半徑驗(yàn)半理論公式提供了可靠的依據(jù)。 人工粗糙管沿程阻力系數(shù)公式 )(Re, dKf?? )(dKf?? ?????? ?????? Re1d21????????d?（尼） RJCv ?611RnC ?（謝） （工業(yè)管道 曲線） 莫迪圖 Re~?五、變管徑的局部損失 （ 1）突然擴(kuò)大 用某一流速水頭表示 : gvvh m2)( 221 ?? gvgvAAhm 22)1(21121221 ????gvgvAAhm 22)1(22222212 ???? 2211 )1( AA????se?gvhm 22??（ 2）漸擴(kuò)管 水頭損失取決于擴(kuò)大面積比 及擴(kuò)散角 水頭損失由沿程與局部?jī)刹糠纸M成 即，沿程 當(dāng) 局部 , 總損失 222121 // rrAAn ???gvnh l2)11(2sin212?? ??020?? ?sin?k gvnkh m 2)11( 212??22 )11()11(2si n nknd???????50~80 （ 3）突然縮?。ň植孔枇ο禂?shù)查相關(guān)手冊(cè)） （ 4）漸縮管 )1(12AA???gv222?(5)管道進(jìn)口 六、邊界層基本概念和繞流阻力 邊界層的定義和分類 附面層內(nèi)為有旋流 附面層外為勢(shì)流（無旋流） 邊界層的分離現(xiàn)象 A－ B，斷面收縮，流速加快，壓強(qiáng)減小 B點(diǎn)以后，斷面擴(kuò)大，流速減小，壓強(qiáng)增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能， c點(diǎn)，流速為零，出現(xiàn)流動(dòng)分離 壓差阻力 繞流阻力 繞流阻力包括摩擦阻力（附面層理論）和形狀阻力（實(shí)驗(yàn)確定）。 繞流阻力的一般分析 斯托克斯公式 （ Re1） Oseen公式 （ Re5） 圓球繞流和圓盤繞流 220uACDd??03 duD ??? Re24?dC ?????? ?? Re1631Re24dC七、減少阻力的措施 一是調(diào)整流體外部邊界，改善邊壁對(duì)流動(dòng)的影響。 二是在流體內(nèi)部加入一定的添加劑，使其影響流體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減阻的目的。 改善邊壁的減阻措施有： ： 一、減小管壁的粗糙度，或用柔性邊壁代替剛性邊壁減少沿程阻力。 二、通過改進(jìn)邊界條件，防止或推遲流體于邊壁的分離，避免旋渦區(qū)的形成或減小旋渦區(qū)的大小和強(qiáng)度。 如： （ 1）管道進(jìn)口局部阻力系數(shù)： 內(nèi)插管進(jìn)口 : （圖 a）； 平順進(jìn)口 : （圖 b）； 收縮進(jìn)口 : ， （圖 c） 。 ?? ?? ?dr 00 80~40?? ~??（ 2）漸擴(kuò)管與突擴(kuò)管 擴(kuò)散較大的漸擴(kuò)管阻力系數(shù)大，如制成圖（ a）的形式，阻力系數(shù)約減小 1/2。 突擴(kuò)管制成圖（ b）的形式 , 阻力系數(shù)也會(huì)減小。 （ 3）彎管 （ 4）三通 阻力系數(shù)有 減小到 層流與紊流 均勻流基本方程 圓管層流的流速分布 紊流的流速分布 紊流沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 局部水頭損失產(chǎn)生原因及計(jì)算 第六節(jié) 孔口、管嘴及有壓管流 一、孔口出流 （一）孔口出流的分類： (1)小孔口與大孔口 小孔口 ，大孔口 （ 2）孔口恒定出流與非恒定出流 （ 3）孔口自由出流與淹沒出流 （ 4）薄壁孔口與厚壁孔口 10/ ?dH 10/ ?dH（二）薄壁小孔口恒定自由出流 流速公式 流速系數(shù) 流量公式 流量系數(shù) 側(cè)收縮系數(shù) 局部損失系數(shù) 02 gHc ?? ? 02 gHAQ ?? ?? ?