水力学第五章 第五节.ppt

下图为管道中量 测到的总切应力 和紊流切应力的 试验曲线。可见， 两种切应力沿水 深方向的分布规 律。 总切应力可以写成 粘性切应力 下图为管道中量 测到的总切应力 和紊流切应力的 实测曲线。可见， 两种切应力沿水 深方向的分布规 律。 总切应力可以写成 粘性切应力 运动要素的脉动 5.5.2 紊流的特征与处理方法 运动要素的时均化处理 5.5.3 紊流切应力 5.5.4 紊流中存在粘性底层 紊动水流自边界起至最大流速处，可分 粘性底层 过渡区 紊流核心 边壁 粘性底层 紊流核心区 紊流结构 5.5.4 紊流中存在粘性底层 紊动水流自边界起至最大流速处，可分 粘性底层 过渡区 紊流核心 粘性底层 边壁 粘性底层 紊流核心区 在边界附近有一薄水体层粘性占主导 边壁 粘性底层 紊流核心区 水流在不同位置处，质点间混掺程度不同。仅靠边壁的液体质点受边界限制，无横向运动，也就无混掺；而切向流速梯度很大 粘性底层厚度计算公式 由于粘性底层较薄，假定在粘性底层范围内， 流速近似为直线分布，则 y δ0 uδ0 u τ0 摩阻流速 由尼古拉孜试验研究得出： N = 11.6 且 Re 越大，δ0 越薄；管径越大，δ0 越厚 运动要素的脉动 5.5.2 紊流的特征与处理方法 运动要素的时均化处理 5.5.3 紊流切应力 5.5.4 紊流中存在粘性底层 紊动水流自边界起至最大流速处，可分 粘性底层 过渡区 紊流核心 5.5.5 水力光滑面和水力粗糙面 1 绝对粗糙度： 粘性底层厚度随Re 而变。因此，δ0 和Δ的关系有 固体边壁表面粗糟不平，粗糙表面凸起高度叫绝对 粗糙度，用符号Δ表示。 2 当δ0 >> Δ（若干倍） 时，粗糙度对完全淹没 在水流粘性底层之中，粗糙度对水流的运动不产生 影响，边壁对水流的阻力主要是粘滞阻力。 从水力学的观点看，这种粗糙表面与光滑管的表 面是一样的，所以这种粗糙表面叫水力光滑面。 δ0 Δ 水力光滑面: δ0 >> Δ（若干倍） 例如，在当冬季雪下得较厚时，在崎岖不平的 雪地上滑雪，感觉不到雪地的粗糙不平。 δ0 Δ 水力粗糙面： δ0 << Δ（若干倍） 3 当Re 较大时，δ0 << Δ（若干倍） 时，粗糙度直 接深入到水流核心区，边壁的粗糙度对紊流已成为主 要的作用，而粘性底层的粘滞力只占据次要的地位， 与前者相比，几乎可以忽略不计。这种粗糙表面叫做 水力粗糙面。 δ0 Δ 过渡粗糙面 4 当粘性底层的厚度不足以完全掩盖边壁粗糙度 的影响，但是，粗糙度还没有起决定性的作用，这 种粗糙面叫做过渡粗糙面。 δ0 Δ 滑面、粗糙面、过渡粗糙面都是相对水流条件 而言。 原因：因为壁面粗糙度是一定的，但粘性底层厚度 是相对的。在水流条件一定时，边壁可能是光滑面；但 水流条件改变时，其就可能变为粗糙面了。 因此，这些 概念就是相对水流的。 注意 5.5.2 紊流的特征与处理方法 运动要素的脉动 运动要素的时均化处理 5.5.3 紊流切应力 5.5.4 紊流中存在粘性底层 紊动水流自边界起至最大流速处，可分 粘性底层 过渡区 紊流核心 5.5.5 水力光滑面和水力粗糙面 5.5 紊流运动 5.5.1 紊流的产生 5.5.6 紊流使流速分布均匀化 紊流中液体质点相互混掺，液体各质点间产生了 动量传递，即动量大的液体微团将动量传递给动量小 的液体微团，动量小液体微团影响动量大的液体微团， 它们之间的相互作用使液体流速更趋于均匀。 紊流中断面流速分布常用以下两种形式 表示 流速分布指数公式 * * 5 液流形态与水头损失 5.1 水头损失及其分类 5.2 均匀流沿程水头损失