流動阻力和能量損失山科-在線瀏覽
2025-06-16 13:48本頁面
【正文】 wh—— 總能量損失。 1883 年 ， 雷諾 (Osborne Reynolds)通過大量實驗 ，發(fā)現(xiàn)流體在管道中流動時有著兩種不同的流動狀態(tài) （ 層流與湍流 ） ， 其阻力特性也不相同 。 2）實驗現(xiàn)象 ? 當(dāng)水平管中流體流速較小時 ， 色液呈一條鮮明的細流 （ 線 ） ，質(zhì)點做直線運動 ， 流體質(zhì)點無橫向脈動 ， 質(zhì)點互不混雜 ， 層次分明 ， 具有非常平穩(wěn)的流動狀態(tài) ， 稱為 層流 （ Laminar flow） 。 ? 繼續(xù)增大流速 ， 色液不連續(xù) ， 向四周紊亂擴散 ， 質(zhì)點做無規(guī)則運動 ， 流體質(zhì)點在軸 （ 橫 ） 向和縱向均有不規(guī)則的隨機脈動速度 ， 色液不再保持完整形狀 ， 而是破裂成雜亂無章 、 瞬息變化的狀態(tài) ， 稱為紊流或 湍流 （ Turbulent flow, turbulence） 。 ?實驗證明： 上臨界流速 大于 下臨界流速 。 —— 這就是著名的 雷諾實驗 。 主要以粘性力為主 ， 表現(xiàn)為質(zhì)點的摩擦和變形 。 過渡狀態(tài) ：層流 、 紊流之間有短暫的過渡狀態(tài) ， 為第二種流動狀態(tài) 。 湍流 ：單個流體質(zhì)點無規(guī)則的運動 ， 不斷摻混 、 碰撞 ， 整體以平均速度向前推進 。 3）實驗結(jié)論 流體具有 三種流動狀態(tài) ： 層流、過渡狀態(tài)、湍流。 the flow further upstream is laminar 流過潛艇外殼的 層流 和 湍流 障礙物周圍的 湍流 遠上游為 層流 實際流體的流動之所以會呈現(xiàn)出兩種不同的型態(tài)是擾動因素與粘性穩(wěn)定作用之間對比和抗衡的結(jié)果 。 綜合起來看 ， 小雷諾數(shù)流動趨于穩(wěn)定 ， 而大雷諾數(shù)流動穩(wěn)定性差 ， 容易發(fā)生紊流現(xiàn)象 。 上臨界雷諾數(shù)表示超過此雷諾數(shù)的流動必為紊流 ， 它很不確定 ， 跨越一個較大的取值范圍 。時，水流將由紊流狀態(tài)即當(dāng)足如需改變流態(tài)，則應(yīng)滿，故為紊流狀態(tài)。 例如 ，我們將會學(xué)到圓管中 恒 定流動的流態(tài)為層流時 ， 沿程水頭損失與平均流速成正比 ，而紊流時則與平均流速的～ 。 EXIT 三、沿程水頭損失與流速的關(guān)系 圓管層流 圓管層流是常見的流動狀態(tài) ， 為研究層流管路中的阻力損失 ，必須研究流速分布規(guī)律 ， 關(guān)鍵是建立運動微分方程 。 簡明扼要 ， 物理概念明確 ，推導(dǎo)較方便 。 優(yōu)點是不必作力平衡分析 ， 只 需根據(jù)層流特點簡化即可 。 牛頓力學(xué)分析法 22 ( d ) 2 d 0r p r p p r x? ? ? ?? ? ? ?取長為 dx， 半徑為 r的圓柱體 ，不計質(zhì)量力和慣性力 ， 僅考慮壓 強 和剪應(yīng)力 ， 則有 圓管層流 d2dpxr????d2dddddrpxurppxL??????????? ??? ??????dd2up rrL????牛頓粘性定律 ?一階微分方程 2. 速度分布規(guī)律與流量 24pu r cL??? ? ?24pcRL????22()4pu R rL????利用邊界條件（ r=R, u=0）確定積分常數(shù) dd2up rrL???? ?不定積分 ( ) 0rRur ? ?管壁邊界條件 —— 0d ( ) 0d rurr ? ?—— 管軸邊界條件 圓管層流的速度分布 是以管軸線為軸線的 二次拋物面 。 24224128 8128LQ L dN p Q Lu pdL?? ????? ? ? ? ? ?功率損失 NL 與
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