a01.4流体流动阻力现象ppt课件.ppt

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1、1.4.1流体的粘性和牛顿粘性定律（1）牛顿粘性定律1.4流体流动阻力速度分布（速度侧形）：速度沿距离的变化关系。uF0xu=0yYdudy平板间的流体剪应力与速度梯度平板间的流体剪应力与速度梯度牛顿粘性定律：实测发现：意义：剪应力的大小与速度梯度成正比。描述了任意两层流体间剪应力大小的关系。（2）流体的粘度①　物理意义——动力粘度，简称粘度②　单位SI单位制：Pa·s(N·s/m2)物理单位制：P(泊),达因·秒/厘米2cP(厘泊)换算关系：1cp=0.01P=10-3Pa·s=1mPa·s单位：1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s③　

2、运动粘度m2/s(3)影响因素①液体粘度随温度升高而降低，压力影响很小。②气体粘度随温度升高而增大，压力影响很小。但在极高压力下，随压力增加有所增加；而在压力极低情况下也要考虑压力的影响。（4）数据来源各种流体的粘度数据，主要由实验测得。在缺少粘度实验数据时，可按理论公式或经验公式估算粘度。对于压力不太高的气体，估算结果较准，对于液体则较差。(5)混合物的粘度按一定混合规则进行加和对于分子不聚合的混合液可用下式计算常压下气体混合物的粘度，可用下式计算说明：不同流体的粘度差别很大。例如：在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动

3、力粘度和运动粘度分别为：空气＝17.9×10-6Pas，ν＝14.8×10-6m2/s水＝1.01×10-3Pas，ν＝1.01×10-6m2/s甘油＝1.499Pas，ν＝1.19×10-3m2/s（6）流体类型①　牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体。气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体。②非牛顿型流体——表观粘度，非纯物性,是剪应力的函数。Ⅰ假塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。Ⅱ胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大。淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。Ⅲ粘塑性流体：当应力低于τ0时，不流动；当应力

4、高于τ0时，流动与牛顿型流体一样。τ0称为屈服应力。如纸浆、牙膏、污水泥浆等。Ⅳ触变性流体：表观粘度随时间的延长而减小，如油漆等。Ⅴ粘弹性流体：既有粘性，又有弹性。当从大容器口挤出时，　挤出物会自动胀大。如塑料和纤维生产中都存在这种现象。0du/dyτ粘塑料流体假塑料流体胀塑料流体CBADA-牛顿流体；B-假塑性流体；C-宾汉塑性流体；D-胀塑性流体；牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系1.4.2流体流动的类型---层流及湍流（1）雷诺实验1883年,英国物理学家OsboneReynolds作了如下实验。DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验（2）雷诺实验

5、现象两种稳定的流动状态：层流、湍流。用红墨水观察管中水的流动状态(a)层流(b)过渡流(c)湍流湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动；特征：流体质点的脉动。层流：*流体质点做直线运动；*流体分层流动，层间不相混合、不碰撞；*流动阻力来源于层间粘性摩擦力。过渡流：不是独立流型（层流+湍流），流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。（3）实验分析①　影响状态的因素：Re是量纲为一数群②　圆形直管中Re≤2000稳定的层流Re≥4000稳定的湍流2000＜Re＜4000不稳定的过渡流（1）剪应力分布1.4.3直圆管内流体的流动稳态流动:整理得：——适用于层流或湍

6、流ldrRuyτ流体在圆管中速度分布曲线的推导p1p2h1h2剪应力分布τmax（2）层流的速度分布流体在圆管内分层流动示意图可见，层流流动的速度分布为一抛物线；壁面处速度最小，0管中心处速度最大或Re≤2000uumaxd层流时流体在圆管中的速度分布因此说明：圆管内层流流动时的几个重要关系②壁面剪应力与平均流速间的关系故：（3）湍流时的速度分布和剪应力①湍流描述主要特征：质点的脉动瞬时速度=时均速度+脉动速度——涡流粘度，与流动状态有关。湍流时uOttC点A处流体质点的速度脉动曲线示意图较常见的情况，当Re处于1.1×105~3.2×106之间时，指数

7、此时动能校正因子获得方法：实测、经验公式②速度分布求平均流速的方法:①　速度分布未知②　速度分布已知1.4.4边界层概念（1）流动边界层①　边界层的形成条件流动；实际流体；流过固体表面。②形成过程流体流经固体表面；由于粘性，接触固体表面流体的流速为零；附着在固体表面的流体对相邻流层流动起阻碍作用，使其流速下降；对相邻流层的影响，在离开壁的方向上传递，并逐渐减小。最终影响减小至零，当流速接近或达到主流的流速时，速度梯度减少至零。u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界

8、层③　流动边界层流体的速度梯度主要集中在边界层内，边界层外，向壁靠近，速度梯度增