1、要点: 层流概念和运动特性,湍流概念和运动特性、管道中的水头损失。难点: 雷诺实验、圆管中的层流计算 ,圆管中的湍流计算、水头损失计算。第八章 圆管中的流动管道流是工程上应用最广泛的流动。在所有管路中,圆管是最典型的。本章主要叙述流体在圆管中流动有截然不同的两种流动状态、判别的条件、速度分布和阻力因数。最后根据粘性流体伯努利方程进行管路计算,决定沿程损失和局部损失。 8.1 雷诺实验、层流和湍流 英国物理学家雷诺( Reynolds) 在 1883年经过实验研究发现,在粘性流体中存在着两种截然不同的流态,并且测定了流体的能量损失与运动两种状态的关系。 8.1.1 雷诺实验 雷诺实验的装置如图
2、8.1所示。当管内保持较低的流速时,表明玻璃管中的水各层质点互不掺混,称这种流动状态为层流。层流 :当逐渐加大玻璃管内流速到达某一上临界值 时,随着玻璃管内流速的再增大,颜色水与周围清水混合,使整个圆管都带有颜色(图 8.1 c), 表明此时质点的运动轨迹极不规则,各层质点相互掺混,称这种流动状态为湍流。而从层流到湍流的转捩阶段称为过渡流,一般将它作为湍流的初级阶段。过渡 流 :紊流 :8.1.2 层流和湍流 1.临界雷诺数 实验结果发现,流动由层流至湍流的转变不仅仅取决于管内的流速,而是与以下这四个物理量:管内的平均流速 、圆管直径 d、 流体密度 、以及流体的黏度 组成的无量纲数有关,即 这个无量纲数就称为雷诺数。由层流转变为湍流时的雷诺数称临界雷诺数,一般用 表示。实验得出,临界雷诺数 。 VcrVcr,以 Vcr为标准,层流:VVcr。颜色水过渡流当 或 时,流动为层流;当 或 时,流动为湍流。 在工程的实际计算中,由于管路的环境较实验室复杂,一般临界雷诺数 取 2000。 2.流态和沿程水头损失 为研究不同流态下沿程水头损失的规律,在雷诺实验的装置中,分别在玻璃管的进口和出口断面处安装了测压管(图 8.1)。 列 1-1至 2-2断面的伯努利方程,得 沿程水头损失