文档介绍：尼古拉斯实验
课程辅导材料五
第5章流动阻力和能量损失
【教学基本要求】
,掌握流态判别标准。
,掌握沿程损失和局部损失的计算方法。
【学****重点】
,雷诺数的表示方法和物理意义,
,圆管均匀流的流速分布规律,层流沿程阻力系数的确定,
,紊流沿程阻力系数的计算。
。
【内容提要和学****指导】
通过雷诺实验可以观察到运动的流体存在两种流态,即层流与紊流。层流与紊流的过渡区可以近似用过渡区下限转变点代替。用无量纲雷诺数来描述流体运动时,转变点上的雷诺数为临界雷诺数,它是两种流态的判别标准。当雷诺数小于临界雷诺数时,流态为层流;当雷诺数大于临界雷诺数时,流态为紊流。管流中临界雷诺数为2000。
在理解两种流态形成机理的基础上,掌握雷诺数的表达式和各物理量之间的关系,弄清临界雷诺数来源,牢记管流中临界雷诺
边界层与边界层分离现象简介
本节不要求掌握。
流动阻力与能量损失的关系
由于流体运动接触到的边壁形状不同,边壁对流体的阻碍作用不同,流体流动受到的阻力也不同。流动阻力分为两种,即沿程阻力和局部阻力,对应这两种阻力的能量损失是沿程损失和局部损失。
了解不同边壁形状与流动阻力的关系,注意区分流动系统中的沿程损失和局部损失,掌握沿数为2000的层流与紊流的判别标准。
程损失和局部损失的表达式和各物理量之间的关系。
根据均匀流定义、能量方程和力的平衡方程,推导出沿程损失与管径、切应力等物理量的关系。能量方程中的能量损失是过流断面的平均值,过流断面上各点的能量损失均相等,由此可以得到切应力分布与管径的线性、正比关系。这一沿程损失与管径、切应力等物理量的关系或切应力分布与管径的线性、正比关系就是均匀流基本方程。
学****中应注意方程推导的条件,每一条件产生的结论,直至最终结论。掌握文字结论和导出方程,理解各物理量的意义和它们之间的关系。
流体做层流运动时,粘性切应力与速度沿垂向梯度的关系符合牛顿内摩擦定律,引入均匀流基本方程后,得到圆管中层流的抛物线型流速分布。
由此可得①圆管中过流断面的最大流速;②圆管中过流断面的平均流速;和③层流沿程阻力系数公式。
应注意层流运动中粘性切应力分布(线性)与速度分布(抛物线型)的关系,在均匀流中过流断面的平均流速是表征流动的重要物理量。层流沿程损失以平均流速表示,层流沿程阻力系数也是以平均流速表示,只是平均流速被包含在雷诺数中,即。
流体的紊流运动看似杂乱无章,但从数学统计规律上可以将瞬时流速分解为时均流速和脉动流速。时均的均匀流服从层流运动规律,脉动流速在某一时间周期内平均值为零。脉动流速引起紊流惯性切应力(又称为雷诺切应力)与单位面积上的动量有关。紊流运动的紊流切应力是层流粘性切应力和紊流惯性切应力之和。根据混合长度理论和均匀流基本方程得到对数型的紊流流速分布,这一公式具有理论性和经验性,公式中的待定常数需要由实验确定。
学****本节应注