武汉大学：《水力学 hydraulics》课程教学资源（PPT课件）第三章 液体的层流运动和紊流运动

第三章液体的层流运动和紊 流运动 娼3.1体流动的两种型态 娼3,2紊流的形成和流态转变过程的物理实质 3.3层流运动 3.4紊流的特征、时均法和紊动流计量 西3.5紊流的动量传递理论和掺长 3.6紊流的时均流速分布和断面平均流速

第三章 液体的层流运动和紊 流运动 3.1 液体流动的两种型态 3.2 紊流的形成和流态转变过程的物理实质 3.3 层流运动 3.4 紊流的特征、时均法和紊动流计量 3.5 紊流的动量传递理论和掺长 3.6 紊流的时均流速分布和断面平均流速

31液体流动的两种型态 雷诺实验( Reynolds experiment 面色水 F A 阀门 玻璃管 退水管 进水管 (b) 图4-1-1

3.1 液体流动的两种型态 一、雷诺实验(Reynolds experiment)

三C一→C v=c→cs!d n v—上临界流速(不固定,视水流的受 手扰程度不同而不同) 下临界流速(固定)

——上临界流速（不固定，视水流的受 干扰程度不同而不同） ——下临界流速（固定）           d c d c d c d c c c c c   =    = =  = c v  c v

Re vd 无量纲数,雷诺数 量实验:Re=≈2000 Re<Re=2000 层流 Re 下临界雷诺数,用来判断流态的标准 Re c 上临界雷诺数,受水流受干扰程度而 定

无量纲数，雷诺数 大量实验： 层流 ——下临界雷诺数，用来判断流态的标准 ——上临界雷诺数，受水流受干扰程度而 定  d Re = Re =  2000   c d c Re  Rec = 2000 Rec Rec 

二水头损失规律( Lose of head a z;++ th r 28 g 均匀流( Uniform flow) 过波区 层流 Cl AE 一系流 g g 5 图4-1-2

二、水头损失规律（Lose of head） 均匀流（Uniform flow） hf g z g z + +  + = +  + 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1       2g 2g 2 2 2 2 1 1   = ( ) ( ) 2 2 1 1    − +  h = z + z f

Ig h,=lg k+mlg v h 77 层流 aminar flow):h∝v 系流( Turbulent flow):h∝v1720 三层流和紊流不但所观察的现象不同,而且所反 映出的阻力规律也不同。 明渠( (Open channel V R 层流Re500

层流（Laminar flow）： 紊流（Turbulent flow）： 层流和紊流不但所观察的现象不同，而且所反 映出的阻力规律也不同。 明渠（Open channel）： 层流 紊流 h k m v f lg = lg + lg m hf = k 1 hf  1.75~2.0 hf    c R Rec = Re  500 Re  500

雷诺数的物理实质 水流的流态由惯性力和粘性力所起的作用 大小所决定 紊流:惯性力起主导作用 层流:粘性力起主导作用 惯性力 Re U粘性力 返回

三、雷诺数的物理实质 水流的流态由惯性力和粘性力所起的作用 大小所决定 紊流：惯性力起主导作用 层流：粘性力起主导作用 返回 粘性力 惯性力 Re ~  d =

32紊流的形成和流态转变过 程的物理实质 由层流转变成紊流的两个必不可少的条件 ①涡体(Edes)的形成 ②形成的涡体脱离原流层,掺入邻近的流层 (b) 图4-2-1

3.2 紊流的形成和流态转变过 程的物理实质 由层流转变成紊流的两个必不可少的条件： ① 涡体（Eddies）的形成 ② 形成的涡体脱离原流层，掺入邻近的流层

涡体 图4-2-2 60年代,米兰发现了猝发现象( Bursting phenomenon 返回

60年代，米兰发现了猝发现象（Bursting phenomenon） 返回

33层流运动 圆管中的均匀层沉: du au 由均匀流公式z=1=y2 代入 du=-brdr 4

3.3 层流运动 圆管中的均匀层流： 由均匀流公式 代入得： dr du dy du  =  = − J r RJ 2  =  =  rdr J du   2 = − r c J u = − + 2 4 