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...