最新3_流体流态与阻力损失课件ppt.ppt

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1、3_流体流态与阻力损失1.4流体流动的内部结构2021/8/321、雷诺实验层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。1.4.1流体流动的类型2021/8/331.4.2湍流的基本特征宏观上，层流是一种有规则的流体流动，而湍流则是杂乱无章的不规则流体流动。湍流中，流体质点除了沿主流动方向运动外，还有各方向的附加脉动。质点间相互碰撞、混合，使流体

2、层间的应力较粘性应力大很多，即湍流流动的阻力远大于层流阻力。2021/8/371.4.2湍流的基本特征研究湍流的方法—时均化时均量脉动量2021/8/381.4.2湍流的基本特征研究湍流的方法—时均化速度脉动曲线图例如对速度，瞬时速度可表达为时均速度与脉动速度之和，脉动速度是瞬时速度对时均速度的偏离，它时大时小，时正时负，脉动速度的时均值等于零。2021/8/391.4.2湍流的基本特征湍流的强度和尺度湍流的起因（湍流的另一种描述）：漩涡的形成及脱离原流层进入临近流层。湍流的基本特征是出现了径向脉动速度，使得动量

3、传递较之层流大得多。此时剪应力不服从牛顿粘性定律表示，但可写成相仿的形式：称为湍流粘度，单位与μ相同。但二者本质上不同：粘度μ是流体的物性，反映了分子运动造成的动量传递；而湍流粘度不再是流体的物性，它反映的是质点的脉动所造成的动量传递，与流体的流动状况密切相关。湍流粘度2021/8/3101.4.3边界层及边界层脱体普兰特（Prandtl）边界层理论德国力学家Prandtl于1904年提出。边界层的概念：当流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面的流体流速为零，由于粘性作用，与其相邻的流体层的流速较流体主体减慢，从而在垂直

4、于流动方向上形成了速度梯度。2021/8/3111.4.3边界层及边界层脱体整个流体区域分为：（1）边界层区：紧贴壁面非常薄的一层，从壁面至速度达到主体流速的99%之处。该薄层内速度梯度很大，粘性力的影响很大。（速度边界层）（2）主体区或外流区：边界层以外的流动区域。该区域内流体速度变化很小，粘性力的影响可以忽略，可近似视为理想流体流动。uu边界层的厚度：流体速度达到主体速度的99%处的流体层厚度，即为边界层的厚度。2021/8/3121.4.3边界层及边界层脱体边界层理论是流体力学中最重要的学说之一。其关键点：

5、粘性影响仅限于固体壁面附近，即边界层中；阻力问题仅与此薄层的特性有关。2021/8/3131.4.3边界层及边界层脱体粘性流体沿固定平板的流动层流边界层：在平板前缘，边界层较薄，流体作层流流动，称为层流边界层。湍流边界层：在距平板前缘0某临界距离处，流动由层流转变为湍流，此后的边界层称为湍流边界层。湍流边界层内按流体流动状况又可分为：层流内层、缓冲层（过渡层）、湍流层。根据流体在边界层内的流动形态，边界层可分为：层流边界层过渡区湍流边界层层流内层2021/8/3141.4.3边界层及边界层脱体对光滑平板面的流动,

6、边界层内雷诺数定义为:2021/8/3151.4.3边界层及边界层脱体边界层umaxu0L0充分发展的流动层流u0边界层L0充分发展的流动湍流粘性流体在圆管内的流动充分发展的边界层厚度为圆管的半径；进口段内有边界层内外之分。也分为层流边界层与湍流边界层。进口段长度：层流：湍流：2021/8/316湍流流动时：湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化；过渡层：分子粘度与湍流粘度相当；层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。——层流内层为传递过程的主要阻力Re越

7、大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。1.4.3边界层及边界层脱体2021/8/3171.4.3边界层及边界层脱体边界层分离现象流体绕过物体（如球体、圆柱体或其它几何形状物体的表面），所形成的边界层会产生与固体壁面脱离的现象，并在脱离处产生旋涡，加剧流体质点间的相互碰撞，造成流体的能量损失，称为边界层分离。2021/8/318边界层的分离ABSA→C：流道截面积逐渐减小，流速逐渐增加，压力逐渐减小（顺压梯度）;C→S：流道截面积逐渐增加，流速逐渐减小，压力逐渐增加（逆压梯度）；S点：物体表面的流体质点在逆压梯度和

8、粘性剪应力的作用下，速度降为0。SS’以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来，形成涡流，出现边界层分离。1.4.3边界层及边界层脱体2021/8/319边界层分离的后果：产生大量旋涡；造成较大的能量损失。边界层分离的必要条件：流体具有粘性；流动过程中存在逆压梯度。1.4.3边界层及边界层脱体yyyACC’2021/8/3201.4.4圆管内流体运动的数学描述速度分布：流体