基本信息
文件名称：流体4-4 圆管湍流的沿程水头损失计算.ppt
文件大小：1.78 MB
总页数：16 页
更新时间：2020-02-28
总字数：约1.47千字
文档摘要
LOGO §3-4 管内湍流的沿程损失计算 问题设计： 1、管内湍流的基本分析方法是什么？ 2、不同流速范围内，管内湍流的阻力大小有什么不同？ 3、莫迪试验与尼古拉兹实验思路有什么不同？ §3-4 管内湍流的沿程损失计算 一、湍流脉动现象与时均法 流体作湍流运动时,运动速度 随时间作不规则的变化,但流场中 某一空间位置点的流速,在一个较 长的时间内总是围绕某一平均值 上下波动,这种现象称为湍流脉动 现象.其不变的速度称为时均流速. u u 某段时间T内,流速的时均值，可用积分平均值表示为 瞬时速度 可表示成时均速度 与脉动速度 的代数和 脉动速度的时均值为 即脉动速度的时均值为零 由时均速度的概念，湍流可简化为时均流动与脉动的迭加 脉动是暂时性的，对流体运动特征不起决定性作用，而时均流动是主要的，反映湍流的基本特征。 工程上常将时均参数（流速、压力等）作为湍流运动的基本参数——又称时均湍流 二、湍流结构、水力光滑管和水力粗糙管 层流底层区 （粘性底层区） 过渡区 湍流核心区 过渡区很薄，通常与紊流核心区合称为湍流区。 层流底层区也很薄（几十分之一～ 几分之一毫米） 经验公式： １、湍流结构 湍流的结构 2、水力光滑管和水力粗糙管 管内壁粗糙度大小以绝对粗糙高度（峰谷平均高度）k表示 （1）当 时，管壁凹凸不 平部分完全被层流底层覆盖，粗糙 度对湍流核心影响极小，流动相当 于在光滑管内流动沿程损失与k无 关——水力光滑管 水力光滑管 水力粗糙管 （2）当 时，粗糙突起完全暴露于紊流核心区，易形成旋涡，能量损失较在，k成为沿程损失的主要影响因素 ——水力粗糙管 （3）当 时，称为水力粗糙管到水力光滑管的过渡区，k及Re对λ同时产生影响 三、湍流阻力与流速分布 1、湍流阻力 湍流运动时，流体内部会产生因流层间时均速度不同而 产生的粘滞切应力 （服从牛顿内摩擦力定律）和由于流体 微团间互相混掺和脉动引起的附加惯性切应力 ,从而增 加了能量损失，附加切应力的确定目前多用普朗特的混合长 度理论 式中 为时均速度梯度， 为流体微团的掺混长度，称为混合长度。是普朗特比拟分子运动的平均自由程而提出的，其值与微团到管壁距离成正比，即 湍流总切应力 在层流底层区，流体受壁面的约束，不互相掺混， 总切应力只有粘滞摩擦力 ；在湍流核心区，粘性阻力起的作用很小，总切应力只有脉动附加应力；在过渡区两项应都起作用。 2、湍流速度分布 （1）在粘性底层及过渡区按抛物线分布，速度梯度较大。 （2）在中心湍流区脉动增强，能量交换大，速度变化不大， 流速度按对数曲线分布。 u u = 0 四、管内湍流沿程损失系数的确定 1、尼古拉兹曲线 分区及计算公式： Ⅰ区：Re2320——层流区 Ⅱ区：2320Re4000——过渡区 Ⅲ区：4000Re80(d/k)——湍流光滑区 Ⅳ区、 ——湍流粗糙管过渡区 Ⅴ区、 ——湍流粗糙区 LOGO
LOGO §3-4 管内湍流的沿程损失计算 问题设计： 1、管内湍流的基本分析方法是什么？ 2、不同流速范围内，管内湍流的阻力大小有什么不同？ 3、莫迪试验与尼古拉兹实验思路有什么不同？ §3-4 管内湍流的沿程损失计算 一、湍流脉动现象与时均法 流体作湍流运动时,运动速度 随时间作不规则的变化,但流场中 某一空间位置点的流速,在一个较 长的时间内总是围绕某一平均值 上下波动,这种现象称为湍流脉动 现象.其不变的速度称为时均流速. u u 某段时间T内,流速的时均值，可用积分平均值表示为 瞬时速度 可表示成时均速度 与脉动速度 的代数和 脉动速度的时均值为 即脉动速度的时均值为零 由时均速度的概念，湍流可简化为时均流动与脉动的迭加 脉动是暂时性的，对流体运动特征不起决定性作用，而时均流动是主要的，反映湍流的基本特征。 工程上常将时均参数（流速、压力等）作为湍流运动的基本参数——又称时均湍流 二、湍流结构、水力光滑管和水力粗糙管 层流底层区 （粘性底层区） 过渡区 湍流核心区 过渡区很薄，通常与紊流核心区合称为湍流区。 层流底层区也很薄（几十分之一～ 几分之一毫米） 经验公式： １、湍流结构 湍流的结构 2、水力光滑管和水力粗糙管 管内壁粗糙度大小以绝对粗糙高度（峰谷平均高度）k表示 （1）当 时，管壁凹凸不 平部分完全被层流底层覆盖，粗糙 度对湍流核心影响极小，流动相当 于在光滑管内流动沿程损失与k无 关——水力光滑管 水力光滑管 水力粗糙管 （2）当 时，粗糙突起完全暴露于紊流核心区，易形成旋涡，能量损失较在，k成为沿程损失的主要影响因素 ——水力粗糙管 （3）当 时，称为水力粗糙管到水力光滑管的过渡区，k及Re对λ同时产生影响 三、湍流阻力与流速分布 1、湍流阻力 湍流运动时，流体内部会产生因流层间时均速度不同而 产生的粘滞切应力 （服从牛顿内摩擦力定律）和由于流体 微团间互相混掺和脉动引起的附加惯性切应力 ,从而增 加了能量损失，附加切应力的确定目前多用普朗特的混合长 度理论 式中 为时均速度梯度， 为流体微团的掺混长度，称为混合长度。是普朗特比拟分子运动的平均自由程而提出的，其值与微团到管壁距离成正比，即 湍流总切应力 在层流底层区，流体受壁面的约束，不互相掺混， 总切应力只有粘滞摩擦力 ；在湍流核心区，粘性阻力起的作用很小，总切应力只有脉动附加应力；在过渡区两项应都起作用。 2、湍流速度分布 （1）在粘性底层及过渡区按抛物线分布，速度梯度较大。 （2）在中心湍流区脉动增强，能量交换大，速度变化不大， 流速度按对数曲线分布。 u u = 0 四、管内湍流沿程损失系数的确定 1、尼古拉兹曲线 分区及计算公式： Ⅰ区：Re2320——层流区 Ⅱ区：2320Re4000——过渡区 Ⅲ区：4000Re80(d/k)——湍流光滑区 Ⅳ区、 ——湍流粗糙管过渡区 Ⅴ区、 ——湍流粗糙区 LOGO