公共基础力学精讲班第六章流体力学七1534126069681

环球网校学员专用资料第1页/共8页四紊流运动及沿程水头损失计算（一）.紊流的脉动现象：脉动现象特点：围绕时间平均值脉动、脉动频率高，幅度小.T时间段的时间平均速度：（二）.紊流的阻力：紊流切应力=粘性切应力+紊流的附加切应力紊流的附加切应力：紊流的惯性切应力由质点混摻、质点间动量交换而形成可用质点在X方向、Y方向的脉动速度表示.粘性底层：圆管紊流运动时，靠近管壁处存在着一个薄薄的流体层，该层内流速梯度较大，粘性影响不可忽略，紊流附加切应力可以忽略，速度近似呈线性分布，这一薄层就称为粘性底层。粘性底层厚度：绝对粗糙度(Δ)：粗糙突出管壁的平均高度，用Δ表示。相对粗糙度(Δ/d）：管壁的绝对粗糙度Δ与管径ｄ的比值。根据粘性底层厚度与管壁的粗糙度的关系，在不同的Re流动状态下，任一圆管的壁面均可能呈现下列三种水力状态：环球网校学员专用资料第2页/共8页水力光滑管过渡段水力粗糙管（三）紊流沿程水头损失计算沿程水头损失计算公式：——沿程阻力系数；——绝对粗糙度——相对粗糙度——雷诺数沿程阻力系数——尼古拉兹实验结果实验目的：研究：的具体关系。实验条件：雷诺数范围：６种“人工粗糙管道”，相对粗糙度分别为实验方法：选取其中某一相对粗糙度的管道，调节不同的流速，计算相应的雷诺数，测定相应的水头损失，计环球网校学员专用资料第3页/共8页算相应的水头损失系数，绘制曲线。第1区——层流区第2区——层流转变为紊流的过渡区第3区——紊流光滑管区第4区——由“光滑管区”转向“粗糙管区”的紊流过渡区第5区——紊流粗糙管区或阻力平方区水流处于发展完全的紊流状态，水流阻力与流速平方成正比，又称阻力平方区。紊流的沿程水头损失谢才公式:C——谢才系数，是有量纲的系数；Ｒ——水力半径；Ｊ——水力坡度曼宁公式:水力半径Ｒ以m计；ｎ为粗糙系数。环球网校学员专用资料第4页/共8页沿程阻力系数与谢才系数的关系：6-31（2007年）层流沿程阻力系数λ（）A只与雷诺数有关B只与相对粗糙度有关C只与流程长度和水力半径有关D既与雷诺数有关又与相对粗糙度有关解：层流时阻力为黏性阻力，故只与雷诺数有关。尼古拉兹实验结果中的层流区：λ只与雷诺数有关。答案：A6-35（2005年）圆管紊流粗糙区（阻力平方区）的沿程摩阻系数λ与（）A雷诺数Re有关B相对粗糙度有关CRe和有关DRe和管长L有关解：尼古拉兹实验中的第五区，阻力平方区，沿程摩阻系数λ只与相对粗糙度有关。答案：Ｂ6-36（2007年）梯形断面水渠按均匀流设计，已知过水断面A=5.04㎡，湿周χ=6.73m，粗糙系数n=0.025，按曼宁公式计算谢才系数C为（）/s。A30.80B30.13C38.80D38.13解：直接代入公式计算即可。环球网校学员专用资料第5页/共8页按曼宁公式：水力半径答案：D五局部水头损失局部水头损失：急变流中，过流断面急剧变化处发生的水头损失局部水头损失计算公式：局部水头损失系数：实验表明，局部水头损失系主要取决于：局部障碍的几何形状、固体壁面的相对粗糙度以及雷诺数Re。局部水头损失发生的位置管道突然扩大、突然缩小管道突然扩大到水池或容器:突然缩小：则如则环球网校学员专用资料第6页/共8页进口损失系数e——随进口形状接近流线型的程度增大而减小。六边界层基本概念和绕流阻力（一）边界层定义：亦称附面层，雷诺数很大时，流体沿固体壁面流动（或固体在流体中运动）时壁面附近受粘性影响显著的、很薄的流层。边界层内：粘滞切应力不可忽略；边界层外：粘滞切应力可忽略。边界层分类层流边界层：当边界层厚度δ较小时，边界层内的流速梯度很大，粘滞应力的作用也很大，边界层内的流动属于层流，称为层流边界层。紊流边界层：当雷诺数达到一定数值时，边界层中的层流经过一个过渡区后转变为紊流，就成为紊流边界层。环球网校学员专用资料第7页/共8页（二）边界层的分离现象：流体绕流曲面物体表面时，因压强沿流动方向增高，边界层内流体从壁面离开的现象称边界层分离。发生边界层分离后，分离点下游出现漩涡区（尾涡区）。曲面边界层的分离现象：发生区域：在减速增压区；根本原因：壁面粘性阻力作用；必要条件：反向压力梯度存在。雷诺数很小时雷诺数增大，发生边界层分离雷诺数很大时，尾涡区增大6-38题（2006）边界层分离不会（）。A产生漩涡B减少摩擦阻力C产生压强阻力D增加能量损失解：边界层分离必然会产生漩涡区，边界层分离会产生压差阻力，不是压强阻力。不会减少摩擦阻力，产生漩涡区必然增加能量损失答案：B七减小阻力的措施针对沿程阻力的减阻措施：1.降低壁面的粗糙度；环球网校学员专用资料第8页/共8页2.用柔性边壁代替刚性边壁；针对局部阻力的减阻措施：1.避免漩涡区的产生；2.减小漩涡区的大小或强度。例：管径扩大一倍，采用突扩、渐扩或二次突扩所产生的阻力不同。近年来没有考题，但考试大纲有这部分内容。