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文檔簡(jiǎn)介
一、名詞解釋
1.邊界層:黏性流體流經(jīng)固體壁面時(shí).,在固體壁面法線方向上存在一速
度急劇變化的薄層,稱(chēng)為邊界層。
2.管道進(jìn)口段:邊界層相交以前的管段稱(chēng)為管道進(jìn)口段(或稱(chēng)起始段),
其長(zhǎng)度以L*表示。
3、粘性底層:緊貼壁面有一因壁面限制而脈動(dòng)消逝的層流薄層,其
粘滯力使流速使流速急劇下降,速度梯度較大,這一薄層稱(chēng)為粘性底
層。
二、簡(jiǎn)答題
1:何謂普朗特混合長(zhǎng)理論?依據(jù)這一理論紊流中的切應(yīng)力應(yīng)如何計(jì)
算?
答:沿流淌方向和垂直于流淌方向上的脈動(dòng)速度都與時(shí)均速度的梯度
有關(guān)。
2:什么是水力光滑管與水力粗糙管?與哪些因素有關(guān)?
答:當(dāng)粘性底層厚度大于管壁的粗糙突出部分時(shí),粘性底層完全沉沒(méi)
了管壁的粗糙突出部分。這時(shí)紊流完全感受不到管壁粗糙度的影響,
流體似乎在完全光滑的管子中流淌一樣。這種狀況的管內(nèi)流淌稱(chēng)作
“水力光滑”,或簡(jiǎn)稱(chēng)“光滑管”。
當(dāng)粘性底層厚度小于管壁的粗糙突出部分時(shí),管壁的粗糙突出部
分有一部分或大部分暴露在紊流區(qū)中,當(dāng)流體流過(guò)突出部分時(shí),將產(chǎn)
生漩渦,造成新的能量損失,管壁粗糙度將對(duì)紊流產(chǎn)生影響。這種狀
況的管內(nèi)紊流稱(chēng)作“水力粗糙”,或簡(jiǎn)稱(chēng)“粗糙管二
對(duì)于同樣的管子,其流淌處于水力光滑或水力粗糙取要看雷諾數(shù)
的大小。
3、黏性流體總體的伯努利方程及適用條件?
黏性流體總體的伯努利方程:
俠2g-pg2
適用條件:⑴流淌為定常流淌;
⑵流體為黏性不行壓縮的重力流體;
⑶列方程的兩過(guò)流斷面必需是緩變流截面,而不必顧及兩截面間是否
有急變流。
4、黏性流體在管內(nèi)流淌時(shí)產(chǎn)生的損失有哪幾種?分別怎么計(jì)算?
答:沿程損失是發(fā)生在緩變流整個(gè)流程中的能量損失,是由流體的粘
滯力造成的損失。單位重力作用下流體的沿程損失可用達(dá)西一魏斯巴
2
赫公式計(jì)算。匕=1立。局部損失發(fā)生在流淌狀態(tài)急劇變化的急變
流中,單位重力作用下流體流過(guò)某個(gè)局部件時(shí),產(chǎn)生的能量損
失:,廣嘮。
總能量損失:hw=Hhf
5、試從流淌特征、速度分布、切應(yīng)分布以及水頭損失等方面來(lái)比較
圓管中的層流和紊流特性。
⑴流淌特征
層流流淌:微通道和速度低、黏性大。
紊流流淌:流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混,做無(wú)定向、無(wú)規(guī)章的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)要素
具有隨機(jī)性;紊流質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞,導(dǎo)致流體質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行猛烈的質(zhì)
量、動(dòng)量、熱量等物理量的輸運(yùn)、交換、混合等;除黏性消耗一部分
能量外,紊流附加切應(yīng)力會(huì)引起更大的耗能。
⑵速度分布:-血工烏(〃+2")圓管中的層流流淌,其流速的分
4〃dl
布規(guī)律為旋轉(zhuǎn)拋物面。紊流流淌由于流淌機(jī)制不同于層流,其速度分
布和層流有根本的不同。在靠近管軸的大部分區(qū)域內(nèi),流體質(zhì)點(diǎn)的橫
向脈動(dòng)使層流間進(jìn)行的動(dòng)量交換較為猛烈,速度趨為勻稱(chēng),速度梯度
較小,該區(qū)域稱(chēng)為紊流充分進(jìn)展區(qū)或紊流核區(qū)。由于緊貼壁面有一因
壁面限制而脈動(dòng)消逝的層流薄層,其粘滯力使流速急劇下降,速度梯
度較大,這一薄層稱(chēng)為黏性底層。
⑶切應(yīng)力分布:7=-:g(p+刖)黏性流體在圓管中作層流流淌時(shí),
2dl
同一截面上的切向應(yīng)力的大小與半徑成正比,同樣適用于圓管中的紊
流流淌。
6.結(jié)合尼古拉茲試驗(yàn)曲線簡(jiǎn)述各分區(qū)及其影響因素。
⑴層流區(qū)。RV2320且4=64/凡。該區(qū)域內(nèi),管壁的相對(duì)粗糙度與沿
程損失系數(shù)無(wú)關(guān)。
⑵過(guò)渡區(qū)??赡苁菍恿饕部赡苁俏闪?。
⑶紊流光滑區(qū)。該區(qū)域沿程損失系數(shù)與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān),只與雷諾數(shù)
有關(guān)。
⑷紊流粗糙管過(guò)渡區(qū)。此過(guò)程中,隨雷諾數(shù)的增大,黏性底層漸漸減
弱,水力光滑管漸漸變?yōu)樗Υ植诠?,進(jìn)入粗糙管過(guò)渡區(qū)。該區(qū)域的
沿程損失系數(shù)與相對(duì)粗糙度、雷諾數(shù)有關(guān)。
⑸紊流粗糙管平方阻力區(qū)。沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān),只與相對(duì)粗
糙度有關(guān)。
三、計(jì)算題
①
②、在管徑d=100mm,管長(zhǎng)L=300m的圓管中流淌著t=10的水,雷
諾數(shù)Re=試求管內(nèi)e=0.15mm的勻稱(chēng)沙粒人工粗糙管時(shí),其沿程損失。
在圖5-22所示并聯(lián)管道中,li=900m,di=0.3mze
i=0.0003m;l2=600m,d2=0.2m,£2=0.00003m;l3=1200m,d3=0.4m,£
623
3=0.000024m;u=1X10-m/s,P=998kg/m,pA=9.807X
lC)5pa,ZA=ZB=20m,若總流量qvW/rrP/s.求每個(gè)分支管道的流量qviB
點(diǎn)的壓強(qiáng)PB.
解由于管道很長(zhǎng),局部損失忽視不計(jì)。按式(5-42),式(5?43)計(jì)
算沿程損害系數(shù)。
對(duì)于管1,試取q'vi=0.1m3/s.則Vi=1.415m/s,Rei=424413,由于£
i/d產(chǎn)0.001,可算得入'產(chǎn)0.02143.
h'fi=0.02143X(900/0.3)X(1.4152/(2X
9.807)=6.563m
,2
對(duì)于管2入iX(600/0.2)義(u2/(2X9.807)=6.563m
,,
由于£232=0.00015,試取入"016,則n2=1.638m/s/Re2=327524<
,,
Reb2=2.333X1。7,在試取x''2=0.01632.貝lju2=1.621m/s,Re02=324279,
入”’2=0.01634,故有
,23
qv2=兀4X0.2X1.621=0.0509m/s
,2
對(duì)于管3人‘3X1200/0.4Xv3/2X9.807=6.563m
,,
由于£3川3=0。0006,試取X>0.014,貝Uu3=1.75m/s,Re3=700276<
7
Reb2=2.333X10,X>0.01384。以入。為試取值,則
w,
u3=1.76m/s/Re3=704346,人”’3=0.01383,故有
q13二n4X0.42X1.76=0.2212m3/s
Lqv=0.1+0.0509+0.2212=0.3721m7s
3
流量的安排為qvi=(0.U)3721)X0.4=0.1075m/s
3
qv2=(0.0509/0.3721)X0.4=0.0547m/s
3
QV3=(0.221^0.3721)X0.4=0.2378m/s
校核hfu1=1.521m/s/Rei=456244,Xi=0.02138,hfi=7.565m
u2=1.741m/szRe2=348231zX2=0.01622,hf2=7.521m
u3=1.892m/s,Re3=756941/X3=0.01373hf3=7.5517m
Hf],hf2與hf3之間的最大誤差不超過(guò)1%,這在工程商事允許的,可取
平均損失水頭hf=7.534m作為計(jì)算的依據(jù),由于
Z3+PA/Pg=ZB+PB/Pg+hf
55
故PB=PA-Pghf=9.807X10-998X9.807X7.534=9.070X10pa
③、已知油的密度P=800kg/m3,黏度u=0.069Pa*s,在圖5-40所
示連接兩容
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