化工原理第一章第三節(jié)lr

,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,第,一,章,流體流動,一、牛頓粘性定律與流體的粘度,二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù),三、滯流與湍流的比較,四、邊界層的概念,第,三,節(jié),流體流動現(xiàn)象,2024/10/22,一、牛頓粘性定律與流體的粘度,牛頓粘性定律,流體的內(nèi)摩擦力：,運動著的流體內(nèi)部,相鄰兩流體層間的作,用力。,又稱為,粘滯力或粘性摩擦力。,流體阻力產(chǎn)生的依據(jù),2024/10/22,剪應(yīng)力：,單位面積上的內(nèi)摩擦力，以,表示。,適用于,u,與,y,成直線關(guān)系,2024/10/22,牛頓粘性定律,式中：,速度梯度,比例系數(shù)，它的值隨流體的不同而不同，流體的粘性愈大，其值愈大，稱為粘性系數(shù)或動力粘度，簡稱,粘度,。,2024/10/22,2、流體的粘度,1)物理意義,促使流體流動產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。,粘度總是與速度梯度相聯(lián)系，,只有在運動時才顯現(xiàn)出來,2)粘度與溫度、壓強的關(guān)系,a),液體,的粘度隨,溫度升高而減小,，壓強變化時，液體的粘度基本不變。,2024/10/22,b),氣體,的粘度隨,溫度升高而增大,，隨壓強增加而增加的很少。,3）粘度的單位,在,SI,制中：,在物理單位制中，,2024/10/22,SI,單位制和物理單位制粘度單位的換算關(guān)系為：,4)混合物的粘度,對常壓氣體混合物：,對于分子不締合的液體混合物：,2024/10/22,5）運動粘度,單位：,SI,制：,m,2,/s,；,物理單位制：,cm,2,/s,，,用,St,表示。,2024/10/22,二、流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù),1、雷諾實驗,滯流或?qū)恿?湍流或紊流,2024/10/22,2024/10/22,2、雷諾數(shù),Re,雷諾數(shù)的因次：,Re,是一個沒有單位，沒有因次的純數(shù)。,在計算,Re,時，一定要注意各個物理量的,單位必須統(tǒng)一,。,雷諾準(zhǔn)數(shù)可以判斷流型,2024/10/22,流體在圓形直管內(nèi)流動時：,流體的流動類型屬于,滯流,；,流體的流動類型屬于,湍流,；,可能是滯流，也可能是湍流，與外,界條件有關(guān)。,過渡區(qū),例：,20,C,的水在內(nèi)徑為50,mm,的管內(nèi)流動，流速為2,m/s，,試分別用,SI,制和物理制計算,Re,數(shù)的數(shù)值。,解,：1）用,SI,制計算：從附錄五查得20,C,時，,=998.2kg/m,3,，=1.005mPa.s，,2024/10/22,管徑,d,=0.05,m,，,流速,u,=2,m/s,，,2）用物理單位制計算：,2024/10/22,三、滯流與湍流的比較,1、流體內(nèi)部質(zhì)點的運動方式,層流流動時，流體質(zhì)點沿管軸做有規(guī)則的,平行運動。,湍流流動時，流體質(zhì)點在沿流動方向 運動的同時，還做,隨,機的脈動,。,2024/10/22,管道截面上任一點的時均速度為：,湍流流動是一個,時均流動上疊加了一個隨機的脈動量,。,例如，湍流流動中空間某一點的瞬時速度可表示為：,湍流的特征是出現(xiàn)速度的脈動。,2024/10/22,2、流體在圓管內(nèi)的速度分布,速度分布,：流體在管內(nèi)流動時截面上各點速度隨該點與管中心的距離的變化關(guān)系。,1）圓管內(nèi)滯流流動的速度分布,作用于流體單元左端的總壓力為：,2024/10/22,作用于流體單元右端的總壓力為：,作用于流體單元四周的剪應(yīng)力為：,2024/10/22,代入上式得：,滯流流動時圓管內(nèi)速度分布式,2024/10/22,2）圓管內(nèi)湍流流動的速度分布,410,-4,Re1.010,5,時，,n=6；,110,5,Re3.210,6,時，,n=10。,湍流流動時圓管內(nèi)速度分布式,2024/10/22,3、滯流和湍流的平均速度,通過管截面的平均速度就是,體積流量與管截面積之比,1）層流時的平均速度,流體的體積流量為：,滯流時，管截面上速度分布為：,2024/10/22,積分此式可得,層流時平均速度等于管中心處最大速度的一半。,2024/10/22,2）湍流時的平均速度,積分上式得：,2024/10/22,1/7方律,通常遇到的情況下，,湍流時的平均速度,大約等于管中心處,最大速度的0.82倍。,2024/10/22,4、滯流和湍流中的剪應(yīng)力,滯流流動的剪應(yīng)力：,剪應(yīng)力：單位時間通過單位面積的動量，即,動量通量,。,湍流流動的剪應(yīng)力：,：,稱為渦流粘度,，反映湍流流動的脈動特征，隨流動狀況及離壁的距離而變化。,2024/10/22,圓管內(nèi)滯流與湍流的比較,滯流,湍流,本質(zhì)區(qū)別,分層流動,質(zhì)點的脈動,速度分布,平均速度,剪應(yīng)力,2024/10/22,四、邊界層的概念,流速降為未受影響流速的99%以內(nèi)的區(qū)域。,邊界層：,1、邊界層的形成,邊界層區(qū),主流區(qū),2024/10/22,2、邊界層的發(fā)展,1）流體在平板上的流動,2024/10/22,2）流體在圓形直管進口段內(nèi)的流動,流體在圓管內(nèi)流動時，邊界層匯合處與管入口的距離稱作進口段長度，或,穩(wěn)定段長度,。,一般滯流時通常取穩(wěn)定段長度,x,0,=(50-100),d,，,湍流時穩(wěn)定段長度約于(40-50),d,。,2024/10/22,3、邊界層的分離,A,點,流速為零,壓強最大,駐點,加速減壓,B,點(,umax，pmin),減速加壓,C,點(,u=0，pmax),邊界層分離,2024/10/22,2024/10/22,由此可見：,流道擴大時必造成逆壓強梯度,逆壓強梯度容易造成邊界層的分離,邊界層分離造成大量漩渦，大大增加機械能消耗,流體沿著壁面流過時的阻力稱為,摩擦阻力,。,由于固體表面形狀而造成邊界層分離所引起的能量損耗稱為,形體阻力,。,粘性流體繞過固體表面的阻力為摩擦阻力與形體阻力之和，這兩者之和又稱為,局部阻力,。,2024/10/22,