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1、第24卷第2期后勤工程学院学报Vo.l24No.22008年4月JOURNALOFLOGISTICALENGINEERINGUNIVERSITYApr.2008文章编号:1672-7843(2008)02-0037-05管流速度边界层解析1213唐晓寅,张赞牢,王建华,黄磊(1.后勤工程学院军事供油工程系,重庆400016;2.后勤工程学院训练部,重庆400016;3.后勤工程学院科研部,重庆400016)摘要采用动量积分方法推出了管道流动中的速度边界层方程,给出了管道层流和紊流时
2、速度边界层和核心区中的速度分布、边界层厚度的解析结果,并与冯卡门动量积分方程推出的结果进行了比较。得到了管道层流和紊流时速度边界层入口段长度的表达式,表明比现有教材中所给出的公式数值要小。证明了管流中速度边界层的发展要远远快于热边界层,因此在研究管道热边界层流动时假设速度边界层已充分发展是合理的。关键词管道;速度边界层;边界层厚度;入口段长度中图分类号:O353.3文献标识码:AAnalysisoftheVelocityBoundaryLayerinPipelineFlow1213TANGXiaoy
3、in,ZHANGZanlao,WANGJianhua,HUANGLei(1.Dep.tofPetroleumSupplyEngineering,LEU,Chongqing400016,China;2.Dep.tofTraining,LEU,Chingqing400016,China;3.Dep.tofScience&Research,LEU,Chongqing400016,China)ABSTRACTTheequationofvelocityboundarylayerinpipelineflowis
4、deducedoutbyadoptingtheintegralmethodofmomentum.Theanalysisresultofvelocitydistributionandboundarylayerthicknessisputforwardintheboundarylayerandcoredregionforlaminarandturbulentflowofpipeline.TheresultiscomparedwithVonKARMANsmomentumequation.Thecalculati
5、onexpressionoflengthatentryofvelocityboundarylayeraboutlaminarandturbulentflowisobtained.Thevalueissmallerthantheexistingresultinwhichtheformulaisgivenintheteachingmateria.lItisprovedthatthedevelopmentofvelocityboundarylayerisfarquickerthanthetemperatureb
6、oundarylayer.Hence,theassumptionisreasonablethatvelocityboundarylayerisfullydevelopedwhenwestudythetemperatureboundarylayerinpipelineflow.Keywordspipeline;velocityboundarylayer;boundarylayerthickness;lengthatentry自1904年普朗特提出边界层理论以来,特别是冯卡门于1921年用动量积分方法推出
7、的平壁面速度边界层问题的积分关系式,使现代流体力学显得日益重要,其工程应用也越来越广泛。在传热、传质、石油、化工等众多工程领域得到广泛的应用。在石油工程方面,利用热边界层减阻是高粘液体管道输送的一个重要课题。自1995年以来,笔者一直在进行这一课题的研究,并在管道热边界层理论及其[1-5]应用方面取得了系列成果。对于恒定管流,热边界层同速度边界层有着显著的差异。通过实验发现,速度边界层发展起始段很短,而热边界层发展段(入口段)的长度要大得多。因此,在考虑热边界层时,可近似认为速度边界层已充分发展达到稳定,
8、这样在研究数学模型时,就只需要考虑能量方程即可,从而为管道热边界层理论的研究带来了方便。但这一假设是否合理呢?[6]1/3对于平板问题已经证明:T/=1/1.026Pr(1)其中:和T分别为速度和热边界层厚度,Pr=cp/f,Pr为普朗特数。收稿日期:2007-11-19作者简介:唐晓寅,男,副教授,主要从事计算流体力学及边界层理论等研究。38后勤工程学院学报2008年
