流体力学第5章圆管流动

104 第5 章 圆管流动 一 .学 习 目 的 和 任 务 1.本 章 学 习 目 的 （ 1） 掌 握 流 体 流 动 的 两 种 状 态 与 雷 诺 数 之 间 的 关 系 ； （ 2） 切 实 掌 握 计 算 阻 力 损 失 的 知 识 ， 为 管 路 计 算 打 基 础 。 2.本 章 学 习 任 务 了 解 雷 诺 实 验 过 程 及 层 流 、紊流 的 流 态 特点， 熟练掌 握 流 态 判别标准； 掌 握 圆管 层 流基 本 规律， 了 解 紊流 的 机理和脉动 、时均化以及 混合长度理论； 了 解 尼古拉兹实 验 和莫迪图的 使用， 掌 握 阻 力 系 数 的 确定方法； 理解 流 动 阻 力 的 两 种 形式， 掌 握 管 路 沿程 损 失 和局部损 失 的 计 算 ； 了 解 边界层 概念、边界层 分离和绕流 阻 力 。 二 .重 点 、难点 重点：雷 诺 数 及 流 态 判别， 圆管 层 流 运动 规律， 沿程 阻 力 系 数 的 确定， 沿程 损 失 和局部损失 计 算 。 难点：紊流 流 速分布和紊流 阻 力 分析。 由于实际流体存在黏性，流体在圆管中流动会受到阻力的作用，从而引起流体能量的损失。本章将主要讨论实际流体在圆管内流动的情况和能量损失的计算。 5.1 雷诺(Osborne Reynolds)实验和流态判据 5.1.1 雷诺实验 1883 年，英国科学家雷诺通过实验发现，流体在流动时存在两种不同的状态，对应的流体微团运动呈现完全不同的规律。这就是著名的雷诺实验，它是流体力学中最重要实验之一。 图 5－1 雷诺(Osborne Reynolds)实验 图 5－2 雷诺实验结果 105 如图 5－1 所示为雷诺实验的装置。其中的阀门 T1 保持水箱 A 内的水位不变，使流动处在恒定流状态；水管 B 上相距为l 处分别装有一根测压管，用来测量两处的沿程损失fh ，管末端装有一个调节流量的阀门 T3，容器 C 用来计量流量；容器 D 盛有颜色液体，T2 控制其流量。 进行实验时，先微开阀门 T3，使水管中保持小速度稳定水流，然后打开颜色液体阀门 T2 放出连续的细流，可以观察到水管内颜色液体成一条直的流线，如图 5－2（a）所示；从这一现象可以看出，在管中流速较小时，它与水流不相混和，管中的液体质点均保持直线运动，水流层与层间互不干扰，这种流动称为层流（Laminar flow ）。比如，实际中黏性较大的液体在极缓慢流动时，属层...