应用流体力学应用流体力学 (44).pdf

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1、7.2 流体运动的两种流态第七章7.2.1雷诺实验7.2.2 沿程水头损失与断面平均流速的关系7.2.3流态的判别与雷诺数7.2 流动运动的两种流态引 入2222=wfl vvh=h+h+dgg 回顾：水头损失什么因素影响沿程阻力系数、局部阻力系数？流体的流态！流体不同流态：7.2.1 雷诺实验雷诺实验 1883年，英国科学家雷诺做的一次著名流体力学实验。通过该实验，发现了流体的两种流态：层流、湍流。雷诺（Reynolds 18421912 英国）7.2.1 雷诺实验 实验中水箱溢流设备可以保持管道进口水头恒定 通过调节阀门C的开度，调整水平玻璃管内流速和流态 利用细管将容器A中红色液体注入水

2、平玻璃管入口 根据红色液体运动轨迹变化，观察玻璃管内的流态雷诺实验测压管容器溢流板1pg2pgfhdBCLAT雷诺实验装置示意图7.2.1 雷诺实验实验过程与现象 实验过程和观察到的现象：将出口阀门微微开启，水流以较小的流速在管中流动，当水平管中水流平稳后，打开红色液体的阀门，可以看到红色液体成为一条直线，且不与周围的水流相混。7.2.1 雷诺实验实验过程与现象 实验过程和观察到的现象：将出口阀门微微开启，水流以较小的流速在管中流动，当水平管中水流平稳后，打开红色液体的阀门，可以看到红色液体成为一条直线，且不与周围的水流相混。流体质点以平行而不相混杂的方式分层流动层流7.2.1 雷诺实验实验过

3、程与现象 实验过程和观察到的现象：将出口阀门逐渐开大，流速亦逐渐增大，红色液体形成的直线逐渐变得弯曲、动荡，但仍能保持为线状。7.2.1 雷诺实验实验过程与现象 实验过程和观察到的现象：将出口阀门逐渐开大，流速亦逐渐增大，红色液体形成的直线逐渐变得弯曲、动荡，但仍能保持为线状。介于两种流态之间过渡流7.2.1 雷诺实验实验过程与现象 实验过程和观察到的现象：继续开大出口阀门，流速也继续增大，当阀门开到一定程度后，红色液体不再保持弯曲的线状，而是断裂为很多旋涡，交错散乱地向前运动，并迅速向四周扩散，使全管水流着色。7.2.1 雷诺实验实验过程与现象 实验过程和观察到的现象：继续开大出口阀门，流速

4、也继续增大，当阀门开到一定程度后，红色液体不再保持弯曲的线状，而是断裂为很多旋涡，交错散乱地向前运动，并迅速向四周扩散，使全管水流着色。流体质点的轨迹紊乱，质点相互混杂和碰撞湍流调整流速可改变管内流体的流态！7.2.2 沿程水头损失与断面平均流速的关系 测量不同流速下的管道水头损失，可考查流态对水头损失的影响。测压管容器溢流板1pg2pgdBCLAT12雷诺实验装置示意图 研究对象：管段1-2 断面平均速度：v1,v2 位置水头：z1,z2 速度水头：压强水头：212vg222vg1pg2pgv1v2z1z2212vg222vg7.2.2 沿程水头损失与断面平均流速的关系 测量不同流速下的管道

5、水头损失，可考查流态对水头损失的影响。连续方程：A1v1=A2v2v1=v2=v 伯努利方程：沿程水头损失hf：两个断面间的测压管液面高度差。断面平均流速v：7.2.2 沿程水头损失与断面平均流速的关系 hf 和v双对数坐标图：增加流速：A-C:lghf随lgv线性增加 1=45 层流C-D:lghf随lgv沿曲线增加过渡流D-E:lghf随lgv线性增加 260 湍流E-F:lghf随lgv曲线增加 60o63o 湍流F-G:lghf随lgv线性增加 363湍流沿程水头损失与断面平均流速的关系lghflgklgvlgvclgvc1=452 603 63GFEDCBA7.2.2 沿程水头损失与

6、断面平均流速的关系lghfG3 63FEDCBAlgk1=452 60lgvclgvclgv沿程水头损失与断面平均流速的关系 将测量的v值和hf值绘制成双对数坐标图，同时观察管内流态。降低流速：G-F:lghf随lgv线性减小 363湍流F-E:lghf随lgv线性减小 60o63o湍流E-D:lghf随lgv线性减小 260 湍流B-A:lghf随lgv线性减小 1=45 层流D-B:lghf随lgv沿曲线减小过渡流7.2.2 沿程水头损失与断面平均流速的关系 将测量的v值和hf值绘制成双对数坐标图，同时观察管内流态。降低流速时，过渡流段的lghf-lgv曲线在不再与增加流速情况重合。C点对

7、应的流速是层流转变为湍流的流速：上临界流速，vc B点对应的流速是湍流转变为层流的流速：下临界流速，vc沿程水头损失与断面平均流速的关系7.2.2 沿程水头损失与断面平均流速的关系 层流AB段和湍流DE、FG段可归纳为统一表达式：或者 k 与实验所取的管径、管长、管壁粗糙度等因素有关 m与流态和管壁粗糙程度等因素有关 m=1:1=45线段AB,层流 m=1.75:260线段DE,湍流 m=2:363线段FG,湍流 1.75m2:23 线段EF,湍流沿程水头损失与断面平均流速的关系lg hfLg vclg vlg vclg k363260145DCBAEFG7.2.3 流态的判别与雷诺数流态的判

8、别 如何判断流态？类似雷诺实验加入有色液体的办法 用临界流速来判别流态限于定性观察，难实现临界流速不能反映流动本质7.2.3 流态的判别与雷诺数流态的判别 如何判断流态？类似雷诺实验加入有色液体的办法 用临界流速来判别流态限于定性观察，难实现临界流速不能反映流动本质 管径d 断面平均流速v 流体的动力黏度 密度=vdvdRe无量纲量影响流态相关因素7.2.3 流态的判别与雷诺数雷诺数 雷诺数定义式：上临界雷诺数Rec：从12000到100000不等 下临界雷诺数Rec ：约为2300 临界雷诺数：利用下临界雷诺数作为流态的判别标准 层流：ReRec 湍流：ReRec 以上的临界雷诺数数值仅针对圆管流动 对于非圆管流动，临界雷诺数的数值将发生变化本节小结重要概念 流态：层流 过渡流 湍流 临界流速：上临界流速 下临界流速 流态判别准则：上临界雷诺数、下临界雷诺数、临界雷诺数 雷诺数：重要公式