層流、紊流及其能量損失3

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

層流紊流及其能量損失一、常見局部阻力第六章

層流紊流及其能量損失突擴流動突縮流動直角彎道與鈍角彎道流動分叉流動二、局部損失產(chǎn)生的原因和特點第六章

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。時均流動的能量轉(zhuǎn)化成脈動能的過程有不可逆性；除圓管的突擴損失外，目前尚難以通過機理分析來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！強剪切層+流動分離三、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)實驗測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的大小；從實用觀點來看，流動受到局部干擾后會較早地進入阻力平方區(qū)。在實際計算時，可以認為在Re>1×104的條件下ξ與雷諾數(shù)Re無關(guān)?！?-5管路中的局部阻力

局部阻力系數(shù)

1．圓管突然擴大包達定理四、幾種常用的局部損失系數(shù)注意：計算時選用的阻力系數(shù)應(yīng)與流速頭相對應(yīng)！特例！

§6-5管路中的局部阻力

2．逐漸擴大

吉布松實驗k為經(jīng)驗系數(shù)當擴張角時，阻力最小。為最佳擴張角?！?-5管路中的局部阻力

擴壓管應(yīng)用例離心水泵軸流式風機離心風機§6-5管路中的局部阻力

3．突然縮小

流線進入小管時，形成一個過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

這種管道不會出現(xiàn)流線脫離壁面的問題，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．管道的進出口

管道與大容器相連接時的管道進出口

§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

開度%102030405060708090全開閘板閥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定的；若幾個局部區(qū)域互相靠近，則與孤立的測定值可能不同。水頭損失的疊加原則實際情況中，在計算一條管道上的總水頭（壓強、能量）損失時，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引水至下游水庫，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，上游水庫水深h1=3.0m，過流斷面寬度B1=5.0m，下游水庫水深h2=2.0m，過流斷面寬度B2=3.0m。求引水管進口、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與繞流阻力大雷諾數(shù)流動的慣性作用遠大于粘性作用，類似于理想流體的流動，繞流阻力應(yīng)該相當，但實際上二者相差甚遠。為什么？問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一：尾部為鈍體繞流流動二：尾部為球體繞流流動二：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)壁面流動有如下特點邊界層分離第六章

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分離點位置與形狀有關(guān)產(chǎn)生回流形成尾流區(qū)分離的不利處是增大流動阻力尾流或尾跡分離點卡門渦街的形態(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、輸電線在風中呼嘯，斜拉桿振動2、鍋爐內(nèi)煙氣流過管束風振形式：顫振和渦振（自激振動）+抖振（強迫振動）?迎風面正壓

背風面負壓?側(cè)彎與扭轉(zhuǎn)

強烈耦合?不規(guī)則斷面鈍頭?卡門渦街導致渦振?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8級風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、流線體無攻角繞流2、平板繞流3、流線體無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1.034D

圓錐體2.59D10.4D流線體:長度/直徑=4來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（曾在雅典奧運會上亮相）摩擦阻力一定的非光滑表面比光滑表面更能減少運動阻力！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)升力是在垂直流動方向上的力a）怎樣讓高爾夫球打得更高更遠？后旋球？b）乒乓球和網(wǎng)球打上旋球？c）排運動員發(fā)飄球？d）足球運動員如何踢香蕉球？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)代飛機起飛后都要收起起落架？e)為什么飛機的尾部也是尖的？（風能+太陽能）+（機翼+噴氣發(fā)動機+地面效應(yīng)）>離地15~50cm