流體力學(xué)基礎(chǔ)知識-資料下載頁
2025-08-05 08:14本頁面
【正文】 固體之間、液體內(nèi)部有相對運(yùn)動(dòng)的各液層之間存在的摩擦阻力的合力，水流阻力必然與水流的運(yùn)動(dòng)方向相反?；靖拍睿核髟谶\(yùn)動(dòng)過程中克服水流阻力而消耗的能量稱為水頭損失。其中邊界對水流的阻力是產(chǎn)生水頭損失的外因，液體的粘滯性是產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因，也是主要原因。 （2）根據(jù)邊界條件的不同，可以把水頭損失分為兩類：對于平順的邊界，水頭損失與流程成正比，我們稱為沿程水頭損失，用hf表示；由于局部邊界急劇改變，導(dǎo)致水流結(jié)構(gòu)改變、流速分布調(diào)整并產(chǎn)生旋渦區(qū)，從而引起的水頭損失稱為局部水頭損失，用hj表示。（3）對于在某個(gè)流程上運(yùn)動(dòng)的液體，它的總水頭損失hw遵循疊加原理即 hw=∑hf+∑hj 液體流動(dòng)的兩種型態(tài)和流態(tài)的判別 1883年英國科學(xué)家雷諾（Reynolds）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在流動(dòng)中存在兩種內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同的流態(tài)：層流和紊流。（1）雷諾試驗(yàn)當(dāng)流速較小時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫層流。當(dāng)流速較大時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)形成渦體互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做紊流。 試驗(yàn)結(jié)果：液流型態(tài)不同,沿程水頭損失的規(guī)律也不同。相應(yīng)于液體運(yùn)動(dòng)型態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的流速叫做臨界流速。雷諾數(shù)Re=vd/ν, 上、下臨界雷諾數(shù)。液流型態(tài)的判別：圓管中液流的下臨界雷諾數(shù)是一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值，上臨界雷諾數(shù)是一個(gè)不穩(wěn)定的數(shù)值，因此判別液流型態(tài)要以下臨界雷諾數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)時(shí)就是紊流，小于下臨界雷諾數(shù)時(shí)一定是層流。液體流態(tài)的判別是用無量綱數(shù)雷諾數(shù)Re作為判據(jù)的。對于明渠水流Re 明渠水流臨界雷諾數(shù)Rek=500，當(dāng)Re＜500為層流， Re＞500為紊流。對于圓管水流Re 圓管水流臨界雷諾數(shù)Rek=2000，當(dāng)Re＜2000為層流， Re＞2000為紊流。 沿程水頭損失沿程阻力系數(shù)如何確定的問題。層流情況紊流情況 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)和沿程阻力系數(shù)λ的變化規(guī)律 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)是本章又一個(gè)重要的內(nèi)容。通過尼古拉茲實(shí)驗(yàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)沿程阻力系數(shù)λ在層流和紊流三個(gè)不同流區(qū)內(nèi)的變化規(guī)律，并且層流內(nèi)的λ變化規(guī)律與前面理論分析的成果相一致。據(jù)此可推論在紊流三個(gè)流區(qū)內(nèi)的λ變化規(guī)律也是符合實(shí)際的，從而為確定λ值，進(jìn)而計(jì)算紊流各流區(qū)的沿程水頭損失hf提供了可應(yīng)用的方法。本節(jié)需要注意下列問題：（1）尼古拉茲是用人工粗糙管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，其目的是用粒徑相同的人工砂粘貼在管內(nèi)壁，使原來表面粗糙度Δ不均勻的管道變?yōu)棣ぶ稻鶆蚯业扔谌斯ど傲絛的管道，從而可以通過實(shí)驗(yàn)尋找λ與相對光滑度r0/Δ的關(guān)系。（2）層流狀態(tài)時(shí)，圓管的與理論公式相一致，說明層流的λ僅是Re的函數(shù)，而且水頭損失hf與流速v的一次方成正比，與雷諾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致。（3）液體處于紊流狀態(tài)時(shí)，在緊鄰固體邊壁處存在厚度為δ0的粘性底層，根據(jù)δ0與粗糙度Δ的對比關(guān)系分為3個(gè)流區(qū)。 a）Re較小，δ0 ＞＞ Δ，粗糙突起對紊流核心不起作用，這是紊流光滑區(qū)，類似于層流，λ只與Re有關(guān)而與相對粗糙度△/r0無關(guān)。 b）Re較大，δ0 ＜＜ Δ，粗糙突起嚴(yán)重影響紊流核心的運(yùn)動(dòng)，尼古拉茲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，λ與Re無關(guān)，只與相對粗糙度Δ/r0有關(guān)，這時(shí)為紊流粗糙區(qū)。紊流粗糙又稱為阻力平方區(qū)。 c）當(dāng)Re介于紊流光滑區(qū)和粗糙區(qū)之間時(shí)，尼古拉茲實(shí)驗(yàn)表明λ既與Re有關(guān)，也與Δ有關(guān)，這就是紊流過渡區(qū)。（4）計(jì)算流動(dòng)液體的沿程阻力系數(shù)λ值的步驟： a）首先計(jì)算Re值判別流態(tài)，若是層流可直接用理論公式計(jì)算λ值。 b）對于紊流，需要確定紊流的流區(qū)才能選用相應(yīng)公式，但λ值不確定又難以確定流區(qū)。在實(shí)際計(jì)算中根據(jù)Re值首先假設(shè)紊流的流區(qū)，選用該流區(qū)的公式計(jì)算λ值，再檢驗(yàn)所設(shè)流區(qū)的合理性。若所設(shè)合理，則計(jì)算完成；否則重新假設(shè)流區(qū)計(jì)算 局部水頭損失的計(jì)算 局部水頭損失產(chǎn)生于邊界發(fā)生明顯改變的地方，其特點(diǎn)為能耗大、能耗集中而且主要為旋渦紊動(dòng)損失。局部水頭損失的計(jì)算公式 局部水頭損失的計(jì)算在于正確選擇局部水頭損失系數(shù)ζ。ζ的確定除管道突然擴(kuò)大可以通過理論推導(dǎo)得到，其他主要通過實(shí)驗(yàn)確定。 【思 考 題】？產(chǎn)生水頭損失的原因是什么？？怎樣判別水流的流態(tài)？試說明無量綱數(shù)雷諾數(shù)Re的物理意義。 17 / 17
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