第5部分流動阻力與水頭損失-ppt課件

1、第第5 5章章 流動阻力與流動阻力與水頭損失水頭損失本章重點掌握黏性流體的流動型態(tài)層流、紊流及其判別沿程水頭損失計算部分水頭損失計算5.1 概述一、章目解析從力學觀念看，本章研討的是流動阻力。 產(chǎn)生流動阻力的緣由：內(nèi)因粘性+慣性外因外界干擾從能量觀看，本章研討的是能量損失水頭損失。5.1 概述二、研討內(nèi)容內(nèi)流如管流、明渠流等：研討 的計算本章重點；外流如繞流等：研討CD的計算。三、水頭損失的兩種方式hf ：沿程水頭損失(由摩擦引起)；hm ：部分水頭損失由部分干擾引起。wh總水頭損失：mfwhhh5.2 黏性流體的流動型態(tài)一、雷諾實驗簡介 1883年英國物理學家雷諾按圖示實驗安裝對粘性流體進展

2、實驗，提出了流體運動存在兩種型態(tài)：層流和紊流。Osborne Reynolds (1842-1916)5.2 黏性流體的流動型態(tài)5.2 黏性流體的流動型態(tài) 雷諾在察看景象的同時，丈量 ，繪制 的關(guān)系曲線如下：Vhf,Vhflglg層流：0 . 1Vhf紊流：0 . 275. 1VhfAEBCD層流過渡區(qū)紊流5.2 黏性流體的流動型態(tài)二、判別規(guī)范)(4000012000Re)(2300Re不穩(wěn)定較穩(wěn)定dVdVcccc5.2 黏性流體的流動型態(tài)圓管：取)(2300)(2300Re紊流層流Vd2300RedVcc非圓管：442dddR定義水力半徑 為特征長度.相對于圓管有AR 5.2 黏性流體的流動

3、型態(tài))(575)(575Re紊流層流VR故取575423004RedVRVccc5.3 恒定均勻流根本方程5.3 恒定均勻流根本方程對如下圖定常均勻有壓管流，由12建立伯努利方程，得： 流體用于抑制阻力所耗費的能量全部由勢能提供。)()(2211pzpzhf15.3 恒定均勻流根本方程2. 在s方向列動量方程，得：式中：lzzAlGlTApPApP2102211cos,0cos21GTPP25.3 恒定均勻流根本方程3. 聯(lián)立1 、2，可得定常均勻流根本方程RJlhRRlhff00or 上式對層流、紊流均適用。35.3 恒定均勻流根本方程仿上述推導，可得恣意r處的切應力：JR思索到 ，有240

4、rdR2rR 故 線性分布00rr5.3 恒定均勻流根本方程由均勻流根本方程 計算 ，需先求出 。Rlhf0fh0),(10RVf因0),(Re,20VRf據(jù)定理：220)(Re,VRf故5.3 恒定均勻流根本方程8/)/(Re,2 Rf令 ，并思索到 ，Rd4Rlhf0fh式中， 為沿程阻力系數(shù)，普通由實驗確定。)/(Re,df代入 可得沿程水頭損失 的通用公式達西公式：gVdlhf225.4 圓管中的層流運動據(jù) dd21yurJrrJud2drry05.4 圓管中的層流運動積分rrurrJu0d4d0得：)(4220rrJu旋轉(zhuǎn)拋物面分布5.4 圓管中的層流運動最大流速：200max4rJ

5、uur流量：4402200A1288d2)(4d0dJrJrrrrJAuQr5.4 圓管中的層流運動28max20urJAQv5.4 圓管中的層流運動208rJv由和lhJf得：vrlhf208gvdl2Re642)(0 . 1vhf2,Re0drvd5.4 圓管中的層流運動與hf的通用公式比較，可得圓管層流時沿程阻力系數(shù)：(Re)Re64f33.1Ad)(0.2Ad)(A2A3AvuAvu5.5 圓管中的紊流運動主要特征：流體質(zhì)點相互摻混，作無定向、無規(guī)那么的運動，運動要素在時間和空間都是具有隨機性質(zhì)的脈動。 嚴厲來講，紊流總是非恒定的。 時間平均紊流：恒定紊流與非恒定紊流的含義。 紊流的脈

6、動性使過流斷面上的流速分布比層流的更均勻，但能量損失比層流更大。5.5 圓管中的紊流運動紊流切應力包括1和紊流附加切應力2兩部分，即21其中：2221ddddyulyuy01ryy這里 稱為混合長度，可用閱歷公式 或 計算。5.5 圓管中的紊流運動Re8 .32 dl水力光滑、水力粗糙的含義。粘性底層 普通只需非常之幾個毫米，但對流動阻力的影響較大。l5.5 圓管中的紊流運動粘性底層區(qū) )(ly)( 2*線性分布yvu式中： 0*v剪切流速 紊流中心區(qū))(ly)( ln*對數(shù)曲面分布cykvu5.5 圓管中的紊流運動Johann Nikuradse5.5 圓管中的紊流運動5.0ded=5.85

7、.4 5.6d6.0fdddd150410141252111203016113.4lg(100l)0.70.60.50.40.30.2b2.6 2.83.23.01.11.00.90.8a5.2lg Re3.83.64.0 4.2c4.84.64.45.5 5.5 圓管中的紊流運動圓管中的紊流運動層流區(qū)I：Re64(Re) f層、紊流過渡：(Re)f紊流過渡區(qū)： )(Re,df)( )(ldf紊流粗糙區(qū)： 紊流光滑區(qū)： )( (Re)lf5.5 圓管中的紊流運動層、紊流過渡區(qū)： 空白層流區(qū)I： )( Re64理論與實際完全一致0 . 1vhf紊流光滑區(qū)： )( Re .31600.25布拉休斯

8、公式75. 1vhf紊流過渡區(qū)： )( )867. 01 (0179. 03 . 03 . 0舍維列夫公式vd5.5 5.5 圓管中的紊流運動圓管中的紊流運動)( 74.1lg22-0尼古拉茲公式r紊流粗糙區(qū)： )( 11. 025. 0希弗林松公式 d)( 0210.03 .0舍維列夫公式d2Vhf)( )Re51. 27 . 3lg(2柯列勃洛克公式d適宜紊流區(qū)的公式： )( Re6811. 025. 0阿里特蘇里公式）（d5.5 5.5 圓管中的紊流運動圓管中的紊流運動為便于運用，莫迪將其制成莫迪圖。Lewis Moody5.6 部分水頭損失旋渦區(qū)的存在是呵斥部分水頭損失的主要緣由。 部

9、分水頭損失與沿程水頭損失一樣，也與流態(tài)有關(guān)，但目前僅限于紊流研討，且根本為實驗研討。5.6 部分水頭損失1.從12建立伯努利方程，可得gvvpzpzhm2)()(222211221115.6 部分水頭損失2.在s方向列動量方程)(cos112221vvQGTPP式中：環(huán)PApP111環(huán)ApAp11121Ap引入實驗結(jié)果12AAA環(huán)0T cos 212222lzzlAGApP25.6 部分水頭損失3.聯(lián)立1、2，并取 ，得0 . 12121gvvhm2)(221包達公式2211vAvAgvgvAAgvgvAA22122122222212211212215.6 部分水頭損失gvhm22式中：=f(

10、Re,邊境情況)，稱為部分阻力系數(shù)，普通由實驗確定。例題例題1 1因vdRe24dQvddQ145 . 0)/ 1/()/ 1 (Re/Re211212dddd故例題例題2 2gvH200002gvgvgvdl222222閥門進例題例題2 2得流速據(jù)延續(xù)性方程得流量閥門進dlgHv224dAvQ閥門進dlgH2普朗特簡介普朗特簡介n普朗特普朗特18751953，德國物理學家，近代力學奠基人之一。，德國物理學家，近代力學奠基人之一。1875年年2月月4日生于弗賴辛，日生于弗賴辛，1953年年8月月15日卒于格丁根。他在大學時學機械日卒于格丁根。他在大學時學機械工程，后在慕尼黑工業(yè)大學攻彈性力學，

11、工程，后在慕尼黑工業(yè)大學攻彈性力學，1900年獲得博士學位。年獲得博士學位。1901年年在機械廠任務(wù)，發(fā)現(xiàn)了氣流分別問題。后在漢諾威大學任教授時，用自制在機械廠任務(wù)，發(fā)現(xiàn)了氣流分別問題。后在漢諾威大學任教授時，用自制水槽察看繞曲面的流動，水槽察看繞曲面的流動，3年后提出邊境層實際，建立繞物體流動的小粘年后提出邊境層實際，建立繞物體流動的小粘性邊境層方程，以處理計算摩擦阻力、求解分別區(qū)和熱交換等問題。奠定性邊境層方程，以處理計算摩擦阻力、求解分別區(qū)和熱交換等問題。奠定了現(xiàn)代流膂力學的根底。普朗特在流膂力學方面的其他奉獻有：了現(xiàn)代流膂力學的根底。普朗特在流膂力學方面的其他奉獻有：風洞實風洞實驗技術(shù)

12、。他以為研討空氣動力學必需作模型實驗。驗技術(shù)。他以為研討空氣動力學必需作模型實驗。1906年建造了德國第年建造了德國第一個風洞見空氣動力學實驗，一個風洞見空氣動力學實驗，1917年又建成格丁根式風洞。年又建成格丁根式風洞。機翼機翼實際。在實驗根底上，他于實際。在實驗根底上，他于19131918年提出了舉力線實際和最小誘導年提出了舉力線實際和最小誘導阻力實際阻力實際，后又提出舉力面實際等。，后又提出舉力面實際等。湍流實際。提出層流穩(wěn)定性和湍湍流實際。提出層流穩(wěn)定性和湍流混合長度實際。此外還有亞聲速類似律和可緊縮繞角膨脹流動，后被稱流混合長度實際。此外還有亞聲速類似律和可緊縮繞角膨脹流動，后被稱為普朗特為普朗特-邁耶爾流動。他在氣候?qū)W方面也有發(fā)明性論著。邁耶爾流動。他在氣候?qū)W方面也有發(fā)明性論著。普朗特在固膂力學方面也有不少奉獻。他的博士論文討論了狹長矩形截普朗特在固膂力學方面也有不少奉獻。他的博士論文討論了狹長矩形截面梁的側(cè)向穩(wěn)定性。面梁的側(cè)向穩(wěn)定性。1903年提出了柱體改動問題的薄膜比較法年提出了柱體改動問題的薄膜比較法。他承繼。他