【正文】 似解 ※ ux與 y之間的關(guān)系式 ※ 層流邊界層計算公式： ※ 阻力計算公式： ※ 阻力系數(shù)計算公式： AuCF Dd 220????0Re LuL ?其中： dydu xx ?? ?? bdyuwx??? ?0 第五章 湍流 ※ 概念 ? 湍流（特點、起因及表征）； ? 瞬時量、脈動量和時均量； ? 普蘭德混合長； ? 光滑管和粗糙管（水力光滑、半粗糙和完全粗糙）； ※ 計算 ? 通用速度分布方程（計算層流內(nèi)層、緩沖層、湍流邊界層內(nèi)的速度分布和各層厚度）； ? 光滑管和粗糙管的阻力計算； ? 平板壁面湍流邊界層的近似計算 第一節(jié) 湍流的特點、起因及表征 一、湍流的特點 ? 質(zhì)點的脈動； ? 湍流流動阻力遠遠大于層流流動阻力； ? 質(zhì)點高頻脈動和混合，使在流動垂直的方向上，流體速度分布較層流均勻； 二、湍流的起因（必要條件） ? 漩渦形成后脫離原來的流層或流束進入臨近的流層或流束； ? 漩渦的形成； ? 流體的粘性、流層的波動、邊界層的分離、流體流過某些尖緣處； ? 茹科夫斯基升力、慣性力、形體阻力和摩擦阻力； ? 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改觀，產(chǎn)生漩渦的交換；形成湍流。 重要 三、湍流的表征 （一）時均量和脈動量 ※ 時均速度 u※ 脈動速度 u? uuu ???※ 總速度 （二）湍流強度 速度的平均值， 穩(wěn)態(tài)湍流指時均值不隨時間變化 因脈動高于或低于時均速度的部分 湍流流動三維表示，一維湍流指時均速值僅沿一個坐標(biāo)方向變化。其他兩個方向的脈動速度仍然存在。 xxx uuu ??? yy uu ?zzu ?? xxuuI 2??I??？ I大？ 第二節(jié) 湍流時的運動方程 ※ 不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動 層流流動 湍流流動 0????????? zuyuxu zyx 0?????????zuyuxu zyx? 連續(xù)性方程 ? ? ? ? ? ?zxzxyxyxxxxxzxyxxuuzuuyuxXzuuyuuxuu??????????????????????????????????????????2zyxXzuuyuuxuu zxyxxxxzxyxx ?????????????????????????? ?????層流流動 湍流流動 ? 運動方程 rxx? ryx? rzx?雷諾應(yīng)力 第三節(jié) 湍流的半經(jīng)驗理論 ※ 普蘭德混合長理論 湍流流動中， 流體團的脈動與分子的隨機運動相似 ，即在一定距離 內(nèi)，脈動的流體團將不和其他流體團相碰因而保持自己的動量不變。只是在走了 的距離后才和那里的流體團摻混，改變了自己的動量， 稱為普蘭德混合長。 l?l? l?22 ?????????dyudl xryx ??※ 雷諾應(yīng)力與時均速度之間的關(guān)系式 l基本上與流速無關(guān)，有長度的因次 第四節(jié) 圓管中的湍流 一、光滑圓管湍流時的通用速度分布方程 （ 1）層流內(nèi)層 (0≤y+≤5) ?? ? yu（ 2）緩沖層 (5≤y+≤30) ?? ?? yu（ 3）湍流主體 (y+≥30) ?? ?? yu式中， u+和 y+ 為無因次速度和無因次距離 *uuu ???? su ?* *yyy?? svuvy ??** *5 uvb ?? bm uv ?? ?? *30mbic r ??? ?? 二、光滑圓管中的速度與流動阻力 ? 與范寧摩擦系數(shù) f相連 2* fuub?? 摩擦系數(shù)的經(jīng)驗公式 布拉修斯： 4/ ??f? ?53 101Re103 ???? 4/ ??f? ?53 102Re105 ???? Re ??f? ?63 103Re103 ???? Re → f → u* → y* → y + （通用速度方程） → u + → u ???????? ?2* fuub???????????? svuvy** 解題思路： ???????? ??*yyy?????? ?? *uuu→ 各層邊界層厚度 （各層邊界層公式） 三、粗糙管中的速度分布與流動阻力 絕對粗糙度：指壁面凸出部分的平均高度，以 e表示； 相對粗糙度：指絕對粗糙度與管徑的比值，以 e/d表示； （ 1）水力光滑管 ? ?Re,50 * ffveu ???※ 粗糙度對層流和過渡區(qū)幾乎沒有影響，可不必區(qū)分光滑管和粗糙管； 圓管內(nèi)流體流動為湍流時，粗糙度會嚴(yán)重影響阻力系數(shù)的數(shù)值； 與粗糙度無關(guān)！ （ 2）過渡型圓管 ????????? deffveu Re,705*（ 3）完全粗糙管 既與 Re，又和相對粗糙度相關(guān)！ ???????? deffveu ,70*只與相對粗糙度相關(guān)！ 第五節(jié) 平板壁面上湍流邊界層的近似解 邊界層積分動量方程 + 布拉修斯的 1/7次方定律 7/10??????? ?yuu x ? ? 5/ ??xx?5/ ?? LDC 5/45/15/45/9 LuF d ??? Review 第一章 傳遞過程概論 ※ 基本概念 ? 流體；密度和比體積；流速與流率；粘度與運動粘度；雷諾數(shù)； ? 不可壓縮流體；穩(wěn)態(tài)流動；牛頓型流體；理想流體； ? 動量、熱量及質(zhì)量通量的普遍表達式； 第二章 連續(xù)性方程與運動方程 ? 隨體導(dǎo)數(shù)；微分質(zhì)量衡算方程； ※ 基本概念 ? 不可壓縮流體的連續(xù)性方程； ※ 計算公式 第三章 運動方程的應(yīng)用 ※ 基本概念 ? 爬流及勢流； ※ 計算公式 ? 阻力及阻力系數(shù)；平板及圓管（充分發(fā)展流段）的速度分布及流動阻力； 第四章 邊界層流動（層流） ※ 基本概念 ? 邊界層定義、形成與發(fā)展；邊界層厚度；邊界層分離； ※ 計算公式 ? 臨界距離；臨界雷諾數(shù)；邊界層厚度；速度分布；流動阻力； 第五章 湍流 ※ 基本概念 ? 湍流特點、起因及表征；粗糙管與流動阻力； ※ 計算公式 ? 邊界層厚度；速度分布；流動阻力； ※ 基本概念 ? 密度和比體積： ? 流速與流率： ? ?3/ mkgVM?? ?kgmMVv /3?1?v? ? ?smuuuu bx /, 0? ?smV s /3? ?skgw s /AVu sb ? dybuV xs ??? ??0Aw sb ?? dybuwxs ???? ?? ?0主體流動速度： 邊界層內(nèi)流率： ? 流體：氣體和液體統(tǒng)稱為流體 ? 粘度與運動粘度： ? 雷諾數(shù) ?????? ??? 2m sNsPa? ??????sm 2?????Lxx c Re,Re,ReRe, 粘性力慣性力????duRe物理意義： 平板上： ??? 00Re xuxux ??臨界雷諾數(shù)： ??? 00Re uxux ccx c ?? 5105Re ??cx平板長 L： ??? 00Re LuLuL ?? ? 穩(wěn)態(tài)流動：當(dāng)流體流過任一截面時，流速等有關(guān)的物理量不隨時間而變化 ? 不可壓縮流體：密度不隨空間位置和時間變化的流體 常數(shù)??? 理想流體；完全沒有粘性的流體 0????? 牛頓型流體；遵循牛頓粘性定律 的流體 dydu x?? ?? 通量的普遍表達式： （通量） = —（擴散系數(shù)） x （濃度梯度） ? 隨體導(dǎo)數(shù) ? 微分質(zhì)量衡算方程 （流出質(zhì)量流率） （流入質(zhì)量流率） +（累積質(zhì)量流率） = 0 ? ??? ???? ??對流項局部項zuyuxuDDzyx ???????????????????? 爬流及勢流； 爬流：流速非常低的流動 （粘性力 ＞＞ 慣性力），可忽略慣性力 Re1 勢流：理想流體的無旋流動（慣性力 ＞＞粘性力），可忽略粘性力 Re非常大 貼近物體壁面區(qū)域 粘性力不能忽略！ ? 邊界層定義 在壁面附近區(qū)域，存在著一薄的流體層。在該層流體中，與流動相垂直方向上的速度梯度很大，這樣的一層流體稱為邊界層。 ? 形成與發(fā)展 形成：一流體以 u0流到平板前緣時， 緊貼壁面的流體 停滯不動， 流速為零 ，從而在 垂直于流動的方向上 建立起一個 速度梯度 。與此速度梯度相應(yīng)的 剪應(yīng)力 將促使靠近壁面的一層流體的 流速減慢 ，開始 形成邊界層 。 發(fā)展：隨著流體沿平板的向前流動，邊界層在壁面上逐漸加厚。在平板前部的一段距離內(nèi)，邊界層的厚度較小，流體維持層流流動，相應(yīng)的邊界層稱為 層流邊界層 。經(jīng)過這段距離后，邊界層中的流動型態(tài)由層流經(jīng)一 過渡區(qū) 逐漸轉(zhuǎn)為湍流，此時的邊界層稱為 湍流邊界層 。 ? 邊界層厚度； %990?? uuy x? ? 邊界層分離； ※ 現(xiàn)象：當(dāng)一 粘性流體 流過曲面物體，物體表面 曲率較大 時，邊界層與固體壁面相脫離。 ※ 后果：壁面附件的流體發(fā)生倒流并產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致流體能量的大量損失。 ※ 必要條件： ? 物面附件的流動區(qū)域中存在逆壓梯度； ? 流體的粘性； ※ 逆壓梯度： dp/dx 0，壓力沿流動方向遞增，而流速遞減。此區(qū)域稱為逆壓區(qū)。 ? 湍流的特點 ? 質(zhì)點的脈動； ? 湍流流動阻力遠遠大于層流流動阻力； ? 質(zhì)點高頻脈動和混合，使在流動垂直的方向上，流體速度分布較層流均勻； ? 湍流的起因（必要條件） ? 漩渦形成后脫離原來的流層或流束進入臨近的流層或流束； ? 漩渦的形成； ? 流體的粘性、流層的波動、邊界層的分離、流體流過某些尖緣處； ? 茹科夫斯基升力、慣性力、形體阻力和摩擦阻力； ? 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改觀，產(chǎn)生漩渦的交換；形成湍流。 ? 湍流的表征（時均速度、脈動速度、總速度） uuu ??? ? 管中流動阻力 ? 層流區(qū)：粗糙管與光滑管中的阻力系數(shù)相同； ? 過渡區(qū)：幾乎也和相對粗糙度（ e/d）無關(guān)； ? 湍流區(qū)：視管內(nèi)粗糙度而定； （ 1）水力光滑管 與粗糙度無關(guān)！ （ 2）過渡型圓管 （ 3）完全粗糙管 既與 Re，又和相對粗糙度相關(guān)！ 只與相對粗糙度相關(guān)！ ※ 計算公式 ? 不可壓縮流體的連續(xù)性方程 0????????? zuyuxu zyx? 阻力 ?? LDC平板壁面上層流邊界層： 203yuLpxpLp bf ??????????平板壁面（充分發(fā)展流段）流動阻力： 28ibdfrudzdpLp ?????圓管（充分發(fā)展流段）流動阻力： AuCF Dd 220?? ? 速度分布： 平板壁面（層流邊界層）： 平板壁面（湍流邊界層）： 平板壁面（充分發(fā)展流段）： 圓管（充分發(fā)展流段）： ma x32 uub ? ?????????????????? 20ma x 1 yyuuxma x21 uub ? ?????????????????? 2ma x 1ix rruu 30 2123 ????????????????yyuu x 7/10??????? ?yuu x ??xx?? 邊界層厚度 層流： ? ? 5/ ?? xx?湍流： ※ 考題： ? 選擇題（ 1分） 1. 若對一長度超過臨界長度的平板，采用湍流阻力系數(shù)計算該板所受的摩擦阻力，則結(jié)果 A. 合理 B. 不合理 C. 偏大 D. 偏小