山西能源学院：《工程流体力学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 管内流动和水力计算、液体出流

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 第六章管内流动和水力计算液体出流 一、管内流动的能量损失 二、黏性流体的两种流动状态 三、管道进口段黏性流体的流动 ③ 四、圆管中流体的层流流动 五、黏性流体的紊流流动 目录 六、沿程损失的实验研究 七、非圆形管道损失的计算 哥 冷 八、局部损失 九、各类管流的水力计算 十、几种常用的技术装置 十一、液体出流 水击现象 十二、气穴和气蚀简介 2

Engineering Fluid Mechanics 2 第六章 管内流动和水力计算 液体出流 目录 一、管内流动的能量损失 三、管道进口段黏性流体的流动 四、圆管中流体的层流流动 二、黏性流体的两种流动状态 六、沿程损失的实验研究 五、黏性流体的紊流流动 八、局部损失 七、非圆形管道损失的计算 九、各类管流的水力计算 十一、液体出流 水击现象 十、几种常用的技术装置 十二、气穴和气蚀简介

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 第六章管内流动和水力计算液体出流 流动状态 连续方程 速度分布 动量方程 管道内流动 能量损失 能量方程 水力计算 液体出流 3

Engineering Fluid Mechanics 第六章 管内流动和水力计算 液体出流 管道内流动 连续方程 动量方程 能量方程 流动状态 速度分布 能量损失 水力计算 液体出流 3

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-1 管内流动的能量损失 能量损失的产生 物理性质 粘滞性 产生水流 损耗 固体边界 相对运动 d 阻力 机械能hw 流线 流速分布 流线 流速分布 理想液体 实际液体 4

Engineering Fluid Mechanics 6-1 管内流动的能量损失 能量损失的产生 粘滞性 相对运动 du dy 物理性质 —— 固体边界 —— 产生水流 阻力 损耗 机械能 hw 理想液体 流线 实际液体 流速分布 流线 流速分布 4

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-1 管内流动的能量损失 能量损失的分类 沿程能量损失 h=入 28 局部能量损失 h=5 5

Engineering Fluid Mechanics 6-1 管内流动的能量损失 能量损失的分类 沿程能量损失 局部能量损失 2 2 f l v h d g =  2 2 j v h g =  5

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-1 管内流动的能量损失 流段的总能量损失 某一流段的总水头损失： h=∑h+∑h 各分段的沿程水 各种局部水头 头损失的总和 损失的总和 6

Engineering Fluid Mechanics 6-1 管内流动的能量损失 流段的总能量损失 某一流段的总水头损失： w f j h h h = +   各种局部水头 损失的总和 各分段的沿程水 头损失的总和 6

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-2 黏性流体的两种流动状态 雷诺试验 颜色水 颜色水 Ighrt ·流速由小至大 0.0 。流速由大至小 颜色水 0000 V',hcV15-20 颜色水 47a 0 IgV 7

Engineering Fluid Mechanics 6-2 黏性流体的两种流动状态 雷诺试验 颜色水 颜色水 颜色水 颜色水 lgV lghf O 流速由小至大 流速由大至小 Vk Vk  1.0 , V V h V   k f 1.75 2.0 , V V h V k f    7

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-2 黏性流体的两种流动状态 流体运动的两种流态 当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互 层流 不混杂，分层流动，这种型态的流动叫做层流。 紊流 当流速较大，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互 相混掺，进行复杂无规则的运动，这种型态的流动叫做紊流。 圆管层流和紊流的判别 Vd 雷诺数 Re= 或 VR Re= (下)临界雷诺数 Re=- Rek≈2000 Rek≈500 8

Engineering Fluid Mechanics 6-2 黏性流体的两种流动状态 流体运动的两种流态 层流 紊流 当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互 不混杂，分层流动，这种型态的流动叫做层流。 当流速较大，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互 相混掺，进行复杂无规则的运动，这种型态的流动叫做紊流。 圆管层流和紊流的判别 Re k k V d  （下）临界雷诺数 = Re Vd  雷诺数 = 或 Re VR  = Re 2000 k  Re 500 k  8

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-2 黏性流体的两种流动状态 紊流形成过程分析 流速分布曲线 干扰 选定流层 升力 涡 涡体的产生 紊流形成条件 雷诺数达到一定的数值

Engineering Fluid Mechanics 6-2 黏性流体的两种流动状态 紊流形成过程分析 选定流层 y 流速分布曲线 τ τ 干扰 F F F F 升力 涡 体 紊流形成条件 涡体的产生 雷诺数达到一定的数值 9

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 例题6-1 水在内径d=100mm的管中流动，流速v=0.5m/s,水的运动黏度v=1×10-6 s。试问水在管中呈何种流动状态？倘若管中的流体是油，流速不变， 但运动黏度y=31×106ms。试问油在管中又呈何种流动状态？ 解：水的雷诺数 d0.5×0.1 Re=vd =5×104>2000 1×106 水在管中呈紊流状态。 油的雷诺数 Re-v 0.5×0.1 31×106 =1610<2000 油在管中呈层流状态。 10

Engineering Fluid Mechanics 例 题 6-1 水在内径d=100mm的管中流动，流速v =0.5m/s，水的运动黏度v=110−6 m2 /s。试问水在管中呈何种流动状态？倘若管中的流体是油，流速不变， 但运动黏度v=3110−6m2 /s。试问油在管中又呈何种流动状态？ 解： 10 水的雷诺数 4 6 0.5 0.1 5 10 2000 1 10 d Re v −  = = =    v 水在管中呈紊流状态。 油的雷诺数 6 0.5 0.1 1610 2000 31 10 d Re v −  = = =   v 油在管中呈层流状态

工程流体力学 Engineering Fluld Mechanics 6-3管道进口股药性流体的流动 L (a) 层流边界层 完全发展的流动 紊流边界层 L 黏性底层 (b) 当流动的雷诺数低于临界值时，整个进口段的流动为层流， 如图6-4（a)所示。根据实验，它的进口段长度为L*0.058dRe 当Re=2000时，L*≈116d。 紊流进口段长度L*=(25~40)d

Engineering Fluid Mechanics 6-3 管道进口段黏性流体的流动 当流动的雷诺数低于临界值时，整个进口段的流动为层流， 如图6-4（a）所示。根据实验，它的进口段长度为 L*0.058dRe 当Re=2000时，L * 116d。 紊流进口段长度L *=（25～40）d 11