流体及其主要物理性质

层流
上临界雷诺数
紊流
层流
Re
12000-40000
紊流
Re
下临界雷诺数
对圆管： 对非圆管断面： 对明渠流： 对绕流现象： 对流体绕过球形物体：
d — 圆管直径 R — 水力半径 R — 水力半径 L — 固体物的特征长度
d — 球形物直径
【例】水和油的运动粘度分别为
若它们以
的流速在
直径为
的圆管中流动，试确定其流
对于层流，τ 又满足牛顿内摩擦阻力定律
r0 r
dr y
则
积分，并代入边界条件：r＝r0 时，u＝0，得
当 r ＝0 时，
抛物线分布
r0
r
umax
d
u
❖ 平均流速和流量
二、达西公式和沿程阻力系数
由平均流速公式得
其中
—— 沿程阻力系数
（无量纲量）
（只适于层流）
【例】在长度l=10000m、直径 d=300mm 的管路中输送γ=9.31kN/m3的重 油，其重量流量G=2371.6kN/h，求油温分别为100度(ν=25cm2/s)和400度 (ν=1.5cm2/s)时的水头损失。
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
第四章 流动阻力和水头损失
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
流动阻力和水头损失的分类 粘性流体运动的两种流态 均匀流的沿程水头损失 圆管中的层流运动 紊流运动 紊流的沿程水头损失 局部水头损失
动状态？
【解】 对1－1，2－2列写伯努利方程
水的流动雷诺数 油的流动雷诺数
紊流流态 层流流态
【例】 温度 流动，测得流速 取那些办法？
运动粘度
的水，在直径
的管中
，问水流处于什么状态？如要改变其运动，可以采
【解】 水的流动雷诺数 如要改变其流态
1）改变流速 2）提高水温改变粘度
层流流态
第三节 均匀流的沿程水头损失
z2
得
0又
为层流
即
则
压降为 损失功率为
二、流动状态与水头损失的关系
层流运动；AB直线 紊流运动；DE线 紊流运动；E点之后
流态不稳；
三、流态的判别 —— 雷诺数
临界速度不能作为判别流态的标准！ 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。
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
单位：m 单位：m
r 圆形
h
b 矩形
a
a 方形
h
b 矩形明渠
第二节 粘性流体运动 的两种流态
一、雷诺实验
层流
速度由小到大，层流向紊流过渡 ——上临界速度 v'k 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
过渡阶段
线条摆动弯曲， 旋转，破裂
紊流
线条完全散开，质点 混杂，作无规则运动
得
或
—— 均匀流基本方程
❖ 均匀流剪应力分布图 由τ0=ρgRJ 及 R=r/2 （园管）得
❖ 沿程水头损失的计算公式 达西公式：
将均匀流基本方程代入达西公式，得
r0
τ
r
τ0
（园管公式） （通用公式）
第四节 圆管中的层流运动
一、园管层流速度分布
由均匀流基本方程 τ0＝ρgRJ ，得园管内任一点处
➢教学内容、重点及难点来自百度文库
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。
❖ 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；
Re
vd
d 是圆管直径，v 是平均流速， 是流体的运动粘性系数。
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。
扰动因素 d
对比 抗衡
v
惯性力 vd
Re 粘性力
粘性稳定 利于稳定
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，跨越一个较大的取值范围。有实际意义的是下临界 雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值，圆管定常流 动取为
一、均匀流基本方程
A l
p1A
τ0 z1
α
G
z2
p2A n
对流体中一有限体进行受力分析
流股本身的重量
G cos gAl cos gA(z2 z1)
端面压力 ( p1 p2 ) A
流股表面受到的摩擦力
T 0 l
0
流股湿周上的平均切应力
列写动量方程
A l
p1A
τ0 z1
α
G
z2
p2A n
列写伯努利方程
局部损失： 生的水头损失。
以 hj 表示
或
总损失：
二、水力半径及其 对水头损失的影响
r1
r2
A1
A2
过流断面面积A 越大，水头损失hw 越小。
湿周χ ： 在过流断面上流体与固体边壁的接触周长。
b b
过流断面面积A 相同时，湿周χ 越 b/2 大，水头损失 hw 越大。
2b
流动阻力F ：
水力半径 R ： 水力直径 dR ： 水力半径 R 越大，水头损失 hw 越小。
— —
单位重量流体的能量损失 单位体积流体的能量损失
pw
第一节 流动阻力和 水头损失的分类
一、损失分类及计算
在均匀流中，流体所承受的阻力只有不变的摩擦
沿程损失： 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。 以 hf 表示 或
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
❖ 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。
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： 气体：hw
【解】 体积流量
平均流速 1）100C时的雷诺数
2）400C时的雷诺数
【例】已知ρ=9800kg/m3，Qm=1.0kg/s，l=1800m， =0.08cm2/s，d=100mm，z1=85m，z2=105m，求
管路的压强降低值及损失功率。
l d
z1 0
先判断流态
【解】对1－1，2－2列写伯努利方程