1、研究 内容 能量损失 流体的粘性 流动的状态 层流 紊流 流速 压力 流体种类 几何尺寸 粘性流动 的规律与 能量损失 5 层流紊流及能量损失 15-1 层流与紊流的概念 5-2 均匀流的沿程损失 5-4 紊流流动的特征 5-5 紊流的沿程损失 5-6 流动的局部损失 5-3 圆管中的层流流动 5-7 边界层与绕流阻力 2学时 2学时 2学时 5 层流紊流及能量损失 2理论基础 伯努利方程 量纲分析 雷诺准则（压力流动）粘性力相似 3三种流态：层流、过渡流及紊流 一、雷诺实验 特点：层流流体质点分层无波动运动，法向无掺混，有序过渡流流体质点分层有波动运动，有序 紊流掺混运动，无序（拟序） 观察
2、到 流动的三种形态 5-1 层流紊流及能量损失：层流及紊流 4 沿程水头损失hf :流体克服粘性阻力产生 的水头损失。 （1）ab段，层流，直线斜率为1 二、流态判别（2）ef段，紊流，直线斜率1.752.0（3）bce段，过渡区，不稳定 取决于初始条件与外界扰动大小 下临界速度 上临界速度 1、流态变化线 5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流 5 2、雷诺数实验发现：临界速度大小与管径和流体的运动粘度有关（1）下临界雷诺数（2）上临界雷诺数（3）临界雷诺数是常数 雷诺数 5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流 63、圆管流态判断 过渡流或紊流 层流 4、非圆管流态判断（2）湿周断面上固体边界与
3、流体接触的周长，（1）特征量描述运动的某一属性、相对独立的量。例如管流的平均流速和管径、缝隙流里的平均流速和缝隙高度。（3）水力半径（4）当量直径 湿周 5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流 7 5、非圆管雷诺数Re H 5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流 8层流：粘性力起主导作用 三、紊流的成因 紊流：惯性力起主导作用 发生条件： 1、有初始扰动 2、粘性对质点运动的束缚降低 5-1层流紊流及能量损失：层流及紊流 95-1层流紊流及能量损失：层流及紊流 105-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失 11 两种损失：沿程阻力（损失）、局部阻力（损失）一、沿程损失与切应力的关系均匀流方程 5-
4、2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失 12均匀流基本方程推导 伯诺里方程 水力坡度 5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失 13是水力半径， 不是管半径！ 均匀流基本方程 如果是圆管均匀流，会怎样？ 5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失 14二、沿程损失的通用公式 5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失 15达西公式 由量纲和谐原理得 ！将沿程损失h f 的计算转化为如何确定 沿程阻力系数的问题。 实验研究表明 分层流、紊流两种情况讨论 5-2层流紊流及能量损失：均匀流沿程损失 16 圆管中的层流流动 一、分析层流运动的两种方法1、切应力表达式+牛顿内摩擦定律 5-3层流紊流及能量损失
5、：圆管层流 17圆管的水力半 径不是r,是r/2 x y 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 18 2、NS方程+层流特点 （1）只有轴向运动 建立坐标系 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 19（2）定常流动 （3）不可压缩流动 （4）速度分布的轴对称 （5）等径管路压强变化的均匀性 （6）管路中质量力不影响其流动性能 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 20二、断面流速分布特征 当r=0,管轴上的速度有最大值，故 注意到在边壁r=r 0 处u=0的边界条件，对上式积分得到 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 21 （1）流量（2）平均速度（3）最大速度（4）修正系数 5-3层流紊流及能量损
6、失：圆管层流 22三、沿程损失与沿程阻力系数 结论 1、层流流动的沿程损失与断面平均流速的一次方 成正比 2、圆管层流的沿程损失系数与雷诺数Re成反 比，与圆管边壁的粗糙度k s 无关 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 23例题 解 沿程损失计算 判断流态 沿程损失系数 平均速度 体积流量 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 24 功率计算公式5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 25层流应用哈根-泊肃叶定律 （1）层流流量 （2）工业用粘度计d、l、h、V均一定，k为仪器常数，只需测试时间t即可 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 26 正常情况下，血液流动是层流。一般Re小于1200，主动脉中Re=3400时仍然是层流发生病变时，变成紊流 （3）最简单的血液流动听诊器+测量血压 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 271、雷诺数与管流流态判断 紊流 层流 2、水力直径或半径（1）湿周 （2）水力半径（3）水力直径 3、均匀流基本方程 4、达西公式 圆 管 中 的 层 流 流 动 5-3层流紊流及能量损失：圆管层流 28重点：层流和紊流的概念湿周、水力直径、雷诺数均匀流切应力方程、达西公式圆管层流能量损失规律 | 作业 自测：1-11 习题： T5-5，T5-7T5-9 5 层流紊流及能量损失 29
