工程流体力学课件4流动阻力和水头损失.ppt

工程流体力学-第四章相似原理及量纲分析课件.ppt

工程流体力学第四章 相似原理与量纲分析,工程流体力学,第四章 相似原理与量纲分析,以相似原理为基础,模型试验是对真实流动现象在实验室内的再现,目的是揭示流动的物理本质,第四章 相似原理与量纲分析解决流体数学分析 实验研究 模型实,问题的提出,

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1、Engineering Fluid Mechanics,工程流体力学,2021/7/22,1,Engineering Fluid Mechanics工程流,第1章 流体及其主要物理性质,第2章 流体静力学,第3章 流体动力学基础,第4章 流动阻力和水头损失,第5章 孔口、管嘴出流及有压管流,第6章 明渠均匀流,第7章 明渠水流的两种流态及其转换,目录,2021/7/22,2,第1章 流体及其主要物理性质第2章 流体静力学第3章 流体动,第四章 流动阻力和水头损失,第一节 流动阻力和水头损失的分类,第二节 粘性流体运动的两种流态,第三节 均匀流的沿程水头损失,第四节 圆管中的层流运动,第五节 紊

2、流运动,第六节 紊流的沿程水头损失,第七节 局部水头损失,2021/7/22,3,第四章 流动阻力和水头损失第一节 流动阻力和水头损失的,教学内容、重点及难点,基本内容采用以水为代表的液体，研究水头损失的成因与分类，探讨水头损失与液流型态的关系，分析水头损失的变化规律及其计算方法。,重、难点1.流动的分类：层流和紊流的理解。2.经验公式的理解和应用。,2021/7/22,4,教学内容、重点及难点 基本内容重、难点2021/7/224,了解流动的两种流态（层流与紊流）及其判别，知道紊流的脉动特性与时间平均的概念；,知道圆管层流和紊流的断面流速分布；,牢固掌握确定圆管流动沿程水头损失系数和水头损失

3、的途径和方法；,理解边界层概念，了解边界层分离现象和物体的绕流阻力。,2021/7/22,5,了解流动的两种流态（层流与紊流）及其判别，知道紊流的脉动特,造成能量损失的原因：流动阻力 内因 流体的粘滞性和惯性 外因 流体与固体壁面的接触情况 流体的运动状态,能量损失的表示方法 液体：单位重量流体的能量损失 气体：单位体积流体的能量损失,2021/7/22,6,造成能量损失的原因：流动阻力能量损失的表示方法2021/7/,第一节 流动阻力和 水头损失的分类,一、损失分类及计算,沿程损失：,在均匀流中，流体所承受的阻力只有不变的摩擦阻力，称为沿程阻力。发生在均匀流段上，由沿程阻力产生的水头损失。,

4、以 hf 表示,或,2021/7/22,7,第一节 流动阻力和一、损失分类及计算沿程损失：在均匀流中，流,在非均匀流动中，各流段所形成的阻力是各种各样的，但都集中在很短的流段内，这种阻力称为局部阻力。发生在非均匀流段上，由局部阻力产生的水头损失。,以 hj 表示,或,总损失：,局部损失：,2021/7/22,8,在非均匀流动中，各流段所形成的阻力是各种各样的，但都集中在很,2021/7/22,9,2021/7/229,二、水力半径及其 对水头损失的影响,过流断面面积A 越大，水头损失hw 越小。,湿周：,在过流断面上流体与固体边壁的接触周长。,过流断面面积A 相同时，湿周 越大，水头损失 hw

5、 越大。,流动阻力F：,2021/7/22,10,二、水力半径及其b/22bbbr1r2A2A1 过流断,水力半径 R：,水力半径 R 越大，水头损失 hw 越小。,单位：m,水力直径 dR：,单位：m,2021/7/22,11,水力半径 R：水力半径 R 越大，水头损失 hw 越小。单,一、雷诺实验,层流,紊流,过渡阶段,速度由小到大，层流向紊流过渡,上临界速度 vk,速度由大到小，紊流向层流过渡,下临界速度 vk,稳定直线，质点不相混杂,线条摆动弯曲，旋转，破裂,线条完全散开，质点混杂，作无规则运动,第二节 粘性流体运动 的两种流态,2021/7/22,12,一、雷诺实验层流紊流过渡阶段速

6、度由小到大，层流向紊流过渡,二、流动状态与水头损失的关系,紊流运动；DE线,层流运动；AB直线,流态不稳；,紊流运动；E点之后,2021/7/22,13,二、流动状态与水头损失的关系紊流运动；DE线层流运动；AB直,通过量纲分析和相似原理发现，上面的物理量可以组合成一个无量纲数，并且可以用来判别流态。称为雷诺数。,临界速度不能作为判别流态的标准！,三、流态的判别 雷诺数,1883年，雷诺试验也表明：圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数,d 是圆管直径，v 是平均流速，是流体的运动粘性系数。,2021/7/22,14,通过量纲分析和相似原理发现，上面的物理量可以组合成一个无量纲,实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。即惯性扰动和粘性稳定之间对比和抗衡的结果。,粘性稳定,扰动因素,d,v,利于稳定,对比抗衡,2021/7/22,15,实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳,圆管中恒定流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，