1、理想流體理想流體黏性流體黏性流體黏性流體黏性流體切向應(yīng)力切向應(yīng)力機(jī)械能損耗機(jī)械能損耗能量損失能量損失能量損失能量損失沿程能量損失沿程能量損失局部能量損失局部能量損失gvdlhf22為沿程損失系數(shù)為沿程損失系數(shù), ,與與Re,d,Re,d,有關(guān)的量有關(guān)的量,v,v2 2/2g/2g為為單位重量流體的動壓頭單位重量流體的動壓頭gvhj22為局部損失系數(shù)，實(shí)驗(yàn)確定jfwhhhlaminarturbulent觀察粘性流體的流動狀態(tài)。觀察粘性流體的流動狀態(tài)。水箱，染色水，玻璃管，閥門；很干凈，擾動小。水箱，染色水，玻璃管，閥門；很干凈，擾動小。 vvdvdRe（non-dimensional numbe

2、r）粘性力慣性力ReRe臨界臨界 Reynolds number 流動狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)捩對應(yīng)的流動狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)捩對應(yīng)的Re number。2000Re圓管vdcr2000Re 2000Re crRecrRecrRe 不是一個確定的常數(shù)，它與水流擾動等實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。擾動不是一個確定的常數(shù)，它與水流擾動等實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。擾動大大 低；擾動小低；擾動小 高。它的下限約高。它的下限約2320，上限會高達(dá)，上限會高達(dá)13800。51052.xvRecr平板 4512563156020 . 11m0 . 275. 12m0 . 23m結(jié)論：流態(tài)不同，沿程損失規(guī)律不同結(jié)論：流態(tài)不同，沿程損失規(guī)律不同Red.L0580

3、dL4020層流進(jìn)口段長度：層流進(jìn)口段長度：湍流進(jìn)口段長度：湍流進(jìn)口段長度：通過管道流量一定，邊界層厚度逐漸增加，中心流速將加快。不斷通過管道流量一定，邊界層厚度逐漸增加，中心流速將加快。不斷改變流速分布的流動一直發(fā)展到邊界層在管軸處相交，成為充分發(fā)改變流速分布的流動一直發(fā)展到邊界層在管軸處相交，成為充分發(fā)展流動，邊界層相交以前的管段稱為管道進(jìn)口段。展流動，邊界層相交以前的管段稱為管道進(jìn)口段。與擾動有關(guān)，擾與擾動有關(guān)，擾動越大越短動越大越短得到1.1.管道內(nèi)切應(yīng)力分布管道內(nèi)切應(yīng)力分布傾斜角度為的圓管內(nèi)不可壓粘性流體定常層流流動。取半徑為r，長度為l的微圓柱體為分析對象，受重力、兩端壓力和側(cè)面粘

4、滯力平衡，則：, 0sin, 0sin2222llhglrlrllpprprghpdldr2切向力的大小與半徑成正比。切向力的大小與半徑成正比。2.2.斷面流速分布斷面流速分布drdvl牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律Crghpdldvrdrghpdlddvll2)(41)(21積分積分旋轉(zhuǎn)拋物面體積是其外切圓柱的一半旋轉(zhuǎn)拋物面體積是其外切圓柱的一半maxavv21平均速度為最大速度的一半邊界條件：邊界條件：ghpdldrvghpdldrrvghpdldrCvrrlll4,4,4, 0,20max220002.2.斷面流速分布斷面流速分布)(82120maxghpdldrvvla圓管中流量：圓管中

5、流量：)(82402000ghpdldrvrdrrvqrlv水平放置的圓管中流量：水平放置的圓管中流量：h h不變，不變，dp/dl=-dp/dl=-p/llprqv12840哈根哈根-泊肅葉公式泊肅葉公式3.3.沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)4128dlqpv單位重量流體壓降gvdlgvdlgvdlvdgdlvgphaf22Re64264322222比較ReRe64f注意：注意：沿程損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。沿程損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。壓降：物理意義物理意義: 以以 代替代替 v 時保持相同的流量。時保持相同的流量。T： 是比湍流脈動周期是比湍流脈動周期 長得多的時間間隔。長得多的時間間隔。 tpp

6、pwwwvvvuuu,湍流場可看成是統(tǒng)計(jì)平均場和隨機(jī)脈動場的疊加，湍流場可看成是統(tǒng)計(jì)平均場和隨機(jī)脈動場的疊加， 即每一點(diǎn)的瞬時物理量看成是平均值和脈動值之和。即每一點(diǎn)的瞬時物理量看成是平均值和脈動值之和。v o t0Tt tvvtdt)t , z ,y, x( vT)z ,y, x(v01v幾何意義幾何意義: v t 曲線和曲線和t軸所圍面積的平均高度，軸所圍面積的平均高度，v瞬時速度瞬時速度平均速度平均速度脈動速度脈動速度pppi工程中關(guān)心的是：流體主流的速度分布，壓強(qiáng)分布工程中關(guān)心的是：流體主流的速度分布，壓強(qiáng)分布以及能量損失。以及能量損失。時均定常流動：空間各點(diǎn)的時均速度不隨時間改變時均

7、定常流動：空間各點(diǎn)的時均速度不隨時間改變的紊流流動。的紊流流動。紊流（湍流）流動dydvl層流：層流： 湍流：湍流：dydvvvtyxt （微團(tuán)脈動）（微團(tuán)脈動）湍流粘性系數(shù)湍流粘性系數(shù)渦粘性系數(shù)渦粘性系數(shù)平面平行定常湍流的摩擦剪應(yīng)力：平面平行定常湍流的摩擦剪應(yīng)力：dydv)(ttl脈動切向脈動切向應(yīng)力應(yīng)力粘性流體的層流流動中粘性流體的層流流動中, ,切向應(yīng)力為由內(nèi)摩擦引起的摩擦切向應(yīng)力。切向應(yīng)力為由內(nèi)摩擦引起的摩擦切向應(yīng)力。粘性流體的湍流流動中粘性流體的湍流流動中, ,除去流層間相對滑移引起的摩擦切向應(yīng)力除去流層間相對滑移引起的摩擦切向應(yīng)力外，還由于流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜的無規(guī)律運(yùn)動，在流層之間必然

8、要引外，還由于流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜的無規(guī)律運(yùn)動，在流層之間必然要引起動量交換，增加能量損失，出現(xiàn)湍流附加切向應(yīng)力或者脈動切起動量交換，增加能量損失，出現(xiàn)湍流附加切向應(yīng)力或者脈動切向應(yīng)力。向應(yīng)力。基本思想：基本思想：把湍流中微團(tuán)的脈動與氣體分子的運(yùn)動相比擬。把湍流中微團(tuán)的脈動與氣體分子的運(yùn)動相比擬。yxy1vv+vv-vl l v Ao脈動切向應(yīng)力與混合長度和時均速度梯度乘積成正比脈動切向應(yīng)力與混合長度和時均速度梯度乘積成正比.t t不是流體的屬性不是流體的屬性, ,決定于流體的密度、時均速度梯度和混合長度決定于流體的密度、時均速度梯度和混合長度V-v流層的微團(tuán)脈動到流層的微團(tuán)脈動到v流層時，速度差：

9、流層時，速度差： dydvlvvvdydvlyvlyvvdydvllyvyvvxxxxxxxxxxxx212121_11yxixxyvvdydvlCvCvdydvldydvdydvlxtxxt22,湍流核心區(qū)湍流核心區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)黏性底層黏性底層875. 0Re2 .34dcyuln10普朗特-卡門對數(shù)分布規(guī)律為黏性底層厚度，對湍流流動能量損失以及流體與壁面換為黏性底層厚度，對湍流流動能量損失以及流體與壁面換熱有重要影響。熱有重要影響。 隨隨ReRe的改變而變化。的改變而變化。靠近壁面靠近壁面, ,湍流脈動受限制湍流脈動受限制, ,粘滯力作用增強(qiáng)粘滯力作用增強(qiáng), ,緊貼管壁很薄緊貼管壁很薄的流層中的流層中, ,湍流脈動消失湍流脈動消失, ,粘滯力作用使流速急劇