2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：流體力學(xué)的特征和紊流阻力

1、流體力學(xué)的特征和紊流阻力 2022/8/15Donghua University2流體力學(xué)的特征和紊流阻力 一、紊流運動的特征時均速度 脈動速度瞬時速度 同理 pi=p+p 時均參數(shù)不隨時間改變的紊流流動稱為準(zhǔn)定常流動或時均定常流 2022/8/15Donghua University3沿程阻力系數(shù)的計算牛頓內(nèi)摩擦公式：圓管層流沿程損失阻力系數(shù)計算式：2022/8/15Donghua University4不可壓重力流體的定常層流流動取微元柱體:半徑r；長度dl補充知識2022/8/15Donghua University5由：； p+gh不隨r變化 方程兩邊同除r2dl 得：粘性流體在圓管中

2、作層流流動時，同一截面上的切向應(yīng)力的大小與半徑成正比 注：次式同樣適用于圓管中的紊流流動 2022/8/15Donghua University6根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律： 對r積分，得 當(dāng)r=r0時，vl=0 邊界條件旋轉(zhuǎn)拋物面 2022/8/15Donghua University7最大流速: 由解析幾何知，旋轉(zhuǎn)拋物體的體積等于它的外切圓柱體體積的一半，故平均流速等于最大流速的一半。 圓管中的流量： 對于水平圓管，由于h不變，dpdl=dp/dx= -p/L，上式簡化為：哈根一泊肅葉(Hagen一poiseuille)公式 2022/8/15Donghua University8由前述沿程損失公

3、式：及其中：層流流動的沿程損失與平均流速的一次方成正比，且僅與雷諾數(shù)有關(guān)，而與管道壁面粗糙與否無關(guān)。 2022/8/15Donghua University9因沿程損失而消耗的功率： 動能修正系數(shù)： 動量修正系數(shù)： 對水平放置的圓管 此式對于圓管中粘性流體的層流和紊流流動都適用 2022/8/15Donghua University10湍流阻力 湍流中，包含粘性切應(yīng)力和慣性切應(yīng)力；雷諾應(yīng)力t流體質(zhì)點在相鄰流層之間的交換，在流層之間進行動量交換，增加能量損失 普朗特的混合長假說 ：沿流動方和垂直于流動方向上的脈動速度都與時均速度的梯度有關(guān) l叫做混合長度 2022/8/15Donghua University11t與不同，它不是流體的屬性，它只決定于流體的密度、時均速度梯度和混合長度 2022/8/15Donghua University12圓管中紊流的速度分布和沿程損失 圓管中紊流與層流的速度剖面 水力光滑水力粗糙 充分發(fā)展區(qū)紊流(紊流核區(qū) )層流向紊流的過渡區(qū) 粘性底層區(qū) 厚度 或 管壁粗糙凸出部分的平均高度叫做管壁的絕對粗糙度() ，/d稱為相對粗糙度 光滑管 粘性切向應(yīng)力取切應(yīng)力速度 ，摩擦速度普朗特假設(shè) ：對于光滑平壁面，假設(shè) l=ky，其中k為常數(shù)； 同時假設(shè)k與y無關(guān) 。積分之 C為積分常數(shù)，由邊界條件決定 2022/8/15Donghua Universi