流体动力学特性

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1、第五章流体动力学特性第一节阻力和阻力系数第二节雷诺数与相似实验第三节边界层第四节临界速度第五节应用流体流体：流体由连续分布的流体质点所组成，即连续介质，如液体、气体。流体被看成是连续介质，则反映宏观流体的各种物理量，就都是空间坐标的连续函数。气体低速流动时（M≤0.3），气流速度变化引起的气体密度相对变化量较小，可近似假定气体密度不变；当气体高速流动时（M＞0.3），则须考虑气体压缩性对密度影响。粘性流体的流动形态流体流动形态：层流、湍流（紊流）、过渡流动层流：流体分层流动，相邻两层流体间只作相对滑动，流层间没有横向混杂。湍流（紊流）：当流体流速超过某一数值

2、时，流体不再保持分层流动，而可能向各个方向运动，有垂直于原流速方向的分速度，各流层将混淆起来，并有可能出现涡旋，这种流动状态叫湍流。相邻流层流体微团混乱运动带来动量交换，所以紊流比层流的摩擦阻力大得多。粘性流动中粘性力与惯性力同时存在，往往把μ和ρ作为组合参数并以符号v表示：动力粘度、运动粘度过渡流动:介于层流与湍流间的流动状态紊流的形成：流体与固体壁面、两种不同流速流体相遇壁面紊流：流体在开放或封闭管道中流动、流体与固体相遇自由紊流：流体喷射入静止流体、边界层分离后进入周围自由流体边界层（boundarylayer）：在流体粘性力作用下，流体与接触物面间形

3、成的流动薄层，又称流动边界层、附面层边界层的影响：边界层内流体的流动状态影响热质传递过程紊流及边界层一、阻力及阻力系数阻力：升力：F—阻力A—物体在垂直于相对速度方向上的投影面积v—流体与物体的相对速度c—阻力系数，与物料形状、表面状态、流体流动状态等有关ρf—液体密度流体阻力：superheatedsteamCriticalfluidizationvelocity:1.6m/sSuspensionvelocity:4.3m/shotairCriticalfluidizationvelocity:1.1m/sSuspensionvelocity:3.4m/s

4、CalculatedvalueofcriticalfluidizedvelocityHotair:0.95m/sSuperheatedsteam:1.26m/sThefluidizedvelocityofsuperheatedsteamindryingrapeseedwithSSFBDisselectedas2.5m/sTwsinαdA(walldrag)TwdAαPcosαdA(fromdrag)Forcefrompressure=PdADirectionofflow摩擦阻力：作用于物料表面上的切向力沿相对运动方向上的总和形面阻力（压差阻力）：作用于物料表

5、面上的所有压力沿相对运动方向上的总和。由于流体边界层在物体后部产生分裂而形成涡流，使后部压力降低所致。在层流或低速流动中，流体密度变化不大，粘性作用支配流体流动，形面阻力可忽略不计在紊流或高速流动中，流体受压缩而不受粘性作用支配，摩擦阻力可忽略不计摩擦阻力、形面阻力随流体粘度（雷诺数）、流体运动状态不同而发生相应变化球体的阻力系数*达朗贝尔佯谬平板的阻力系数板面垂直于流速方向：摩擦阻力可忽略不计；雷诺数较大时，边界层分裂点保持不变，压差稳定，形面阻力变化不大；形面阻力随流速变化而变化。层流边界层：紊流边界层：107＜Re＜109层流转紊流过渡区：板面平行于流

6、速方向：利用阻力系数可计算阻力大小（平板双面受力）光滑平板，由层流转为紊流的临界Re=2.8×106粗糙平板，由层流转变为紊流的临界雷诺数减小其它形状物体的阻力系数圆柱、圆盘轴线垂直于流速方向二、雷诺数与相似实验雷诺数为惯性力与粘性力的比值ρf—流体密度d—物体特征尺寸η—流体粘度v—物体与流体的相对速度相似实验条件：流动相似几何相似运动相似动力相似相似条件（单值条件）边界条件—边界几何形状及尺寸、边界流动条件起始条件—流动起始时刻的运动状态，如速度、浓度等在流场中的分布物性条件—如流动介质的密度、粘度、压缩性等量纲分析实验方法相似准数、相似准则雷诺数（Re

7、noldnumber）：粘性力相似准则惯性力与粘性力之比斯特劳哈尔数（Strouhalnumber）：非恒定惯性力相似准则非恒定惯性作用与迁移惯性作用之比弗劳德数（Froudenumber）：重力相似准则惯性力与重力之比欧拉数（Eulernumber,Cavitation）：压力相似准则压力与惯性力之比柯西数（Cauchynumber）：弹性力相似准则惯性力与弹性力之比韦伯数（Webernumber）：表面张力相似准则惯性力与表面张力之比Prandltnumber,Grashofnumber,……体积弹性模量表面张力系数自由表面流动自由表面流动空化流三、边界

8、层边界层：又称附面层，是指贴近固体壁面附近的一部分流