作業不可壓縮粘性流體內流8

粘性流體管內流動目的：重點：層流：湍流：8

粘性流體管內流動管內流動：內容：8.1

粘性流體中的應力分析(1)

粘性流體中的應力

xxzzzx

zyxyxz

yxyzyyMfxyffzA8.1

粘性流體中的應力分析(2)

切向應力互等定律xxyy

zzzx

zyxzzyxy

yxyzxx

xx

dxxxyxy

dx

xxz

xz

dxx

yy

yy

dyyyx

yx

dyyyzyz

dy

yzz

zz

dzzzxdz

zxzzy

dz

zMfxyffz

yxyx

yx

dyyxyxy

xy

dxx8.1

粘性流體中的應力分析

yxyx

yx

dyyxyxy

xy

dxx8.1

粘性流體中的應力分析8.1

粘性流體中的應力分析xxyyxyxz

yxyzzx

zzzyfxMfyfzA8.1

粘性流體中的應力分析(3)

廣義牛頓粘性定律切向應力為粘度與角變形速率的乘積8.2

不可壓縮粘性流體的運動微分方程8.2

不可壓縮粘性流體的運動微分方程均質不可壓縮常粘度的粘性流體8.3

粘性流體的兩種流動狀態8.3

粘性流體的兩種流動狀態Re≤2300

層流2300<Re<4000

層流與湍流間的過渡狀態Re>4000

湍流8.4

管內流動的兩種阻力損失(1)

沿程損失——沿程阻力(長度損失、摩擦損失)Darcy-Weisbach公式沿程摩擦系數8.4

管內流動的兩種阻力損失8.4

管內流動的兩種阻力損失8.4

管內流動的兩種阻力損失(2)

局部損失8.4

管內流動的兩種阻力損失(3)

總能量損失8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動Hagen-Poiseuille公式8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動8.5

流體在圓管中的層流流動例1：解：8.5

流體在圓管中的層流流動8.6

流體在圓管中的湍流流動(1)

湍流運動和時均參數8.6

流體在圓管中的湍流流動8.6

流體在圓管中的湍流流動(2)

湍流的切應力好普朗特混合長理論Re小1

占主導地位Re大12混合長度8.6

流體在圓管中的湍流流動上下兩層流體的時均速度差等于流體微團的軸向脈動速度8.6

流體在圓管中的湍流流動8.6

流體在圓管中的湍流流動粘性切應力附加切應力8.6

流體在圓管中的湍流流動(3)

湍流的結構、速度分布8.6

流體在圓管中的湍流流動8.6

流體在圓管中的湍流流動對數8.6

流體在圓管中的湍流流動(4)

湍流的速度分布規律：只適用于湍流部分8.6

流體在圓管中的湍流流動(4)

湍流的速度分布規律：Renuav/umaxRenuav/umax4.0×1036.00.79121.1×1068.80.84972.3×1046.60.80733.2×106100.86581.1×1057.00.81678.6

流體在圓管中的湍流流動8.7

沿程損失系數的實驗研究8.7

沿程損失系數的實驗研究尼古拉茲實驗(1932)層流區過渡區湍流光滑區湍流粗糙管過渡區湍流粗糙管平方阻力區穆迪圖(Moody

Diagram)Moody,

L.

F.

(1944),

"Friction

factors

for

pipeflow",

Transactions

of

the

ASME

λ

= f

Re,

ε

d

Darcy摩擦因子穆迪圖是流體力學中最著名、最有用的圖之一，曲線的精度約為10%。穆迪圖不僅適用于圓管，而且可以用于非圓形管以及明渠流。層流區64

L

u2hf

Re

d

2g

64Relg

1.806

lg

Re哈根實驗(1839)Darcy摩擦因子λ僅是Re的函數，與管子粗糙度無關過渡區2000<Re<4000情況復雜，無明確規律。λ=f

(Re,

ε/d)湍流光滑區普朗特-史里希廷公式，3000<Re<106

0.3164Re0.25布拉修斯(1911)，4000<Re<1051

2.0lgRe

0.8λ=f

(Re)湍流完全粗糙區馮·卡門(1930)公式，Re>4160(d

/2ε)0.85λ=f

(ε/d)

2d

1.74

2lg2

湍流過渡粗糙區科爾布魯克(1939)公式，400<Re<108，結合了普朗特-史里廷公式和馮·卡門公式λ=f

(

Re,

ε/d)

2.0lg

d

1

2.51

Re

3.7

8.7

沿程損失系數的實驗研究非圓管中的流動8.7

沿程損失系數的實驗研究非圓管中的流動8.8

局部損失系數(1)

突然擴大p1

p2

2212u

u8.8

局部損失系數A1

A2

18.8

局部損失系數(2)

突然縮小A1

A2

0.58.9

孔口出流出流8.9

孔口出流8.9

孔口出流淹沒出流靜水頭8.9

孔口出流m

=(d0/d1)28.9

孔口出流非恒定出流(液面下降)8.10

管嘴出流8.10

管嘴出流3-3截面真空度是總水頭的75%8.10

管嘴出流8.10

管嘴出流8.10

管嘴出流類

型特

點ζCvCc圓柱外伸管嘴損失較大，流量較大0.50.821圓柱內伸管嘴損失大，隱蔽10.711外伸收縮管嘴損失小，速度大(消防水龍頭)0.090.960.98外伸擴張管嘴損失大，速度低，壓力大(擴壓管)40.451流線型外伸管嘴損失小，動能大，流量大0.040.9818.11

管道的水力計算管道水力計算的三類問題：水力長管：>>+水力短管：≈+需迭代8.11

管道的水力計算(1)

簡單管道的水力計算8.11

管道的水力計算SH管路阻抗s2/m58.11

管道的水力計算Sp管路阻抗kg/m7例

題例1：解：Re

1.7

105

0.000562de

0.0195(4)根據Re和ε/de，查穆迪圖確定λ例

題8.11

管道的水力計算8.11

管道的水力計算8.11

管道的水力計算+

≈例

題例2例

題例

題旋啟式止回閥：截止閥閘閥例

題解例

題例

題Re

1.06

105

0.0037daa

0.029根據Re和ε/da，查穆迪圖確定λ例

題例

題

0.006daRe

1.73105a

0.032根據Re和ε/da，查穆迪圖確定λ例

題例

題8.11

管道的水力計算(2)

復雜管道計算8.11

管道的水力計算8.11

管道的水力計算例

題例：例

題例

題解：例

題例

題例

題例

題例

題8.12

管道中的水擊水擊(water

hammer)：彈性力相似準數8.12

管道中的水擊(1)

水擊的物理過程可壓縮性8.12

管道中的水擊8.12

管道中的水擊8.12

管道中的水擊8.12

管道中的水擊8.12

管道中的水擊(2)

直接水擊和間接水擊t0

2l

/

c8.12

管道中的水擊(3)