刘体流动过程管内流体流动现象

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1、第二章流体流动过程第四节管内流体流动现象牛顿黏性定律和流体的黏度1流体的黏性Fuu＋dudy内摩擦力是流体固有的。流体具有内摩擦力的性质称为黏性。流体粘性大小的物理量为黏度流体在运动时，需要克服内摩擦力做功，消耗的机械能转化为热能在运动中散失，称为压头损失。黏性是流体运动时产生压头损失的根源。或式中：F’——内摩擦力，N；τ——剪应力，Pa；——法向速度梯度，1/s；μ——黏度系数，简称流体的黏度，Pa·s。牛顿黏性定律和流体的黏度1牛顿黏性定律牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体；非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。流体的黏度（动力粘度）1.粘度的物理意

2、义流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。液体:T↑→↓气体:一般T↑→↑超高压p↑→↑黏度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。2.粘度的单位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）换算关系1cP＝10-3Pa·s3.运动粘度粘度μ与密度ρ的之比。m2/s例用往复泵将原油送到精馏塔中，往复泵缸内壁的直径D为14cm，活塞的直径d=13.95cm，厚度l为8cm，往复运动的速度为1.0m/s，原油的黏度μ=0.12Pa·s，试求活塞运动时克服的黏滞力为多少？流体流动的内部结构1流动的型态雷诺（Reynolds)通过实验提出流体流动

3、过程中存在着不同的流动类型：层流和湍流雷诺实验实验结果证明：管内流体流动存在着两种类型，两种流动类型与流体流速有关。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。流型判据——雷诺准数无因次数群判断流型Re<2000时，流动为层流，此区称为层流区；Re>4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000

4、的对比关系，标志着流体流动的湍动程度。流体流动边界层1边界层的形成与发展流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，即流速降为主体流速的99％以内的区域。边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。边界层区（边界层内）：沿板面法向的速度梯度很大，需考虑粘度的影响，剪应力不可忽略。主流区（边界层外）：速度梯度很小，剪应力可以忽略，可视为理想流体。流体在平板上流动时的边界层：边界层流型：层流边界层和湍流边界层。层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型转为湍流。流体在圆管内流动时的边界层充分发展的边界层厚度为圆管的半径；进口段内有边

5、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：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；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越大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。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

6、。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。流体在圆管内的速度分布速度分布：流体在圆管内流动时,管截面上质点的速度随半径的变化关系。一、层流时的速度分布由压力差产生的推力流体层间内摩擦力管壁处r＝R时，＝0，可得速度分布方程管中心流速为最大，即r＝0时，＝umax管截面上的平均速度:即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。即流体在圆形直管内层流流动时，呈抛物线分布。湍流时的速度分布剪应力：e为湍流粘度，与流体的流动状况有关。湍流速度分布的经验式：n与Re有关，取值如下：1/7次方定律当时，流体的平均速度

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