層流、紊流及其能量損失3

層流、紊流及其能量損失(3)流動(dòng)的局部損失邊界層流動(dòng)與繞流阻力流動(dòng)的局部損失第六章

層流紊流及其能量損失一、常見(jiàn)局部阻力第六章

層流紊流及其能量損失突擴(kuò)流動(dòng)突縮流動(dòng)直角彎道與鈍角彎道流動(dòng)分叉流動(dòng)二、局部損失產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)第六章

層流紊流及其能量損失取決于流道邊壁突變產(chǎn)生的急變流內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的特征；發(fā)生在一定距離內(nèi)，但可將其視為是在局部流道變化的較小范圍內(nèi)完成。時(shí)均流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)能的過(guò)程有不可逆性；除圓管的突擴(kuò)損失外，目前尚難以通過(guò)機(jī)理分析來(lái)定量地確定局部損失的規(guī)律。根本原因在于流體的粘性和流道的局部突變！強(qiáng)剪切層+流動(dòng)分離三、局部損失與局部損失系數(shù)第六章

層流紊流及其能量損失V——特征斷面的平均流速ξ——局部損失系數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定局部損失的大小與流態(tài)有關(guān)；局部損失系數(shù)ξ與流道邊壁的幾何特征有關(guān)；也取決于雷諾數(shù)Re的大?。粡膶?shí)用觀點(diǎn)來(lái)看，流動(dòng)受到局部干擾后會(huì)較早地進(jìn)入阻力平方區(qū)。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以認(rèn)為在Re>1×104的條件下ξ與雷諾數(shù)Re無(wú)關(guān)。§6-5管路中的局部阻力

局部阻力系數(shù)

1．圓管突然擴(kuò)大包達(dá)定理四、幾種常用的局部損失系數(shù)注意：計(jì)算時(shí)選用的阻力系數(shù)應(yīng)與流速頭相對(duì)應(yīng)！特例！

§6-5管路中的局部阻力

2．逐漸擴(kuò)大

吉布松實(shí)驗(yàn)k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)當(dāng)擴(kuò)張角時(shí)，阻力最小。為最佳擴(kuò)張角?！?-5管路中的局部阻力

擴(kuò)壓管應(yīng)用例離心水泵軸流式風(fēng)機(jī)離心風(fēng)機(jī)§6-5管路中的局部阻力

3．突然縮小

流線進(jìn)入小管時(shí)，形成一個(gè)過(guò)流斷面最小的收縮斷面，其面積為。A2/A10.010.10.20.30.40.50.60.70.80.91Cc0.6180.6240.6320.6430.6590.6180.7120.7550.8310.8921.00ζ0.4900.4690.4310.3780.3430.2980.2570.2120.1610.0700突然縮小的局部阻力系數(shù)與Cc的關(guān)系特例！

§5-5管路中的局部阻力

4．逐漸縮小

這種管道不會(huì)出現(xiàn)流線脫離壁面的問(wèn)題，因此其阻力的主要成分是沿程摩擦，一般消防管出口、水力采煤器的出口等均采用

的收縮角，其阻力系數(shù)常取為0.04。

§6-5管路中的局部阻力

5．管道的進(jìn)出口

管道與大容器相連接時(shí)的管道進(jìn)出口

§6-5管路中的局部阻力

6．彎管與折管

0.10.20.30.40.50.60.70.80910.1320.1380.1580.2060.2940.440.6610.9771.4081.97820406080901001101201301600.0460.1390.3640.7410.9851.261.561.8612.152.43190彎管的局部阻力折管的局部阻力7．三通接頭§6-5管路中的局部阻力

90°三通

0.11.31.3345°三通

0.150.050.53§6-5管路中的局部阻力

8．閘板閥與截止閥

開(kāi)度%102030405060708090全開(kāi)閘板閥ζ60156.53.21.81.10.600.300.180.1截止閥ζ8524127.55.74.84.44.14.03.9五、局部損失的疊加第六章

層流紊流及其能量損失局部阻力系數(shù)是在不受其他阻力干擾的孤立條件下測(cè)定的；若幾個(gè)局部區(qū)域互相靠近，則與孤立的測(cè)定值可能不同。水頭損失的疊加原則實(shí)際情況中，在計(jì)算一條管道上的總水頭（壓強(qiáng)、能量）損失時(shí)，只能將管道上的所有沿程損失與局部損失按算術(shù)加法求和計(jì)算。第六章

層流紊流及其能量損失例題：

如圖所示直徑d=500mm的引水管從上游水庫(kù)引水至下游水庫(kù)，管道傾斜段的傾角θ=30°，彎頭a和b均為折管，引水流量Q=0.4m3/s，上游水庫(kù)水深h1=3.0m，過(guò)流斷面寬度B1=5.0m，下游水庫(kù)水深h2=2.0m，過(guò)流斷面寬度B2=3.0m。求引水管進(jìn)口、出口、彎頭a和b處損失的水頭。第六章

層流紊流及其能量損失第六章

層流紊流及其能量損失第六章

層流紊流及其能量損失邊界層流動(dòng)與繞流阻力大雷諾數(shù)流動(dòng)的慣性作用遠(yuǎn)大于粘性作用，類(lèi)似于理想流體的流動(dòng)，繞流阻力應(yīng)該相當(dāng)，但實(shí)際上二者相差甚遠(yuǎn)。為什么？問(wèn)題的提出普朗特的邊界層理論第六章

層流紊流及其能量損失繞流流動(dòng)一：尾部為鈍體繞流流動(dòng)二：尾部為球體繞流流動(dòng)二：流線體逆流和順流第六章

層流紊流及其能量損失邊界層概念無(wú)滑移條件沿固體壁面存在較大的法向梯度邊界內(nèi)的粘性不能忽略邊界內(nèi)的名義厚度邊界內(nèi)雷諾數(shù)轉(zhuǎn)捩數(shù)壁面流動(dòng)有如下特點(diǎn)邊界層分離第六章

層流紊流及其能量損失（a）（b）：順壓梯度和較小的逆壓梯度（c）（d）：順壓梯度+較大的逆壓梯度=分離是產(chǎn)生繞流阻力的主要原因流線體鈍形體第六章

層流紊流及其能量損失分離點(diǎn)分離點(diǎn)位置與形狀有關(guān)產(chǎn)生回流形成尾流區(qū)分離的不利處是增大流動(dòng)阻力尾流或尾跡分離點(diǎn)卡門(mén)渦街的形態(tài)主要取決于雷諾數(shù)的大小第六章

層流紊流及其能量損失4、大雷諾數(shù)2、小雷諾數(shù)繞流1、準(zhǔn)理想流體3、中雷諾數(shù)邊界層分離例子第六章

層流紊流及其能量損失邊界層分離例子1、輸電線在風(fēng)中呼嘯，斜拉桿振動(dòng)2、鍋爐內(nèi)煙氣流過(guò)管束風(fēng)振形式：顫振和渦振（自激振動(dòng)）+抖振（強(qiáng)迫振動(dòng)）?迎風(fēng)面正壓

背風(fēng)面負(fù)壓?側(cè)彎與扭轉(zhuǎn)

強(qiáng)烈耦合?不規(guī)則斷面鈍頭?卡門(mén)渦街導(dǎo)致渦振?渦振頻率與固有頻率耦合塔科馬峽谷大橋：主跨853米，

遇難時(shí)8級(jí)風(fēng)20m/s，橋面傾斜45度，后折斷第六章

層流紊流及其能量損失邊界層分離例子第六章

層流紊流及其能量損失邊界層分離1、流線體無(wú)攻角繞流2、平板繞流3、流線體無(wú)攻角繞流邊界層分離例子第六章

層流紊流及其能量損失左邊：光滑球右邊：窩紋球邊界層分離例子繞流阻力（摩擦阻力+形狀阻力）和升力鈍形體繞流阻力含：摩擦阻力與壓差阻力或形體阻力第六章

層流紊流及其能量損失繞流阻力的計(jì)算第六章

層流紊流及其能量損失a）小雷諾數(shù)的圓球繞流——斯托克斯公式b）小雷諾數(shù)的圓柱繞流——蘭姆公式第六章

層流紊流及其能量損失D

圓球1.8D

半圓球0.65D

圓板盤(pán)1.034D

圓錐體2.59D10.4D流線體:長(zhǎng)度/直徑=4來(lái)流方向不同形狀和大小的物體居然具有同樣的阻力！形狀阻力第六章

層流紊流及其能量損失帶小凸起和溝紋的新式游泳衣（曾在雅典奧運(yùn)會(huì)上亮相）摩擦阻力一定的非光滑表面比光滑表面更能減少運(yùn)動(dòng)阻力！AB粗糙光滑流速v阻力f第六章

層流紊流及其能量損失a）如何解釋粗糙球與光滑球的區(qū)別？打光滑球，45m；打窩紋球，210m馬格努斯效應(yīng)升力是在垂直流動(dòng)方向上的力a）怎樣讓高爾夫球打得更高更遠(yuǎn)？后旋球？b）乒乓球和網(wǎng)球打上旋球？c）排運(yùn)動(dòng)員發(fā)飄球？d）足球運(yùn)動(dòng)員如何踢香蕉球？合力第六章

層流紊流及其能量損失利用馬格努斯效應(yīng)f)為什么現(xiàn)代飛機(jī)起飛后都要收起起落架？e)為什么飛機(jī)的尾部也是尖的？（風(fēng)能+太陽(yáng)能）+（機(jī)翼+噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)+地面效應(yīng)）>離地15~50cm