《流体流动现象》PPT课件

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1、存在问题：1122AABB选择截面所用的符号要与柏努利方程下标一致！！必须选择衡算截面！！一、牛顿粘性定律与流体的粘度牛顿粘性定律第三节流体流动现象流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。——流体阻力产生的依据剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。单位：N/m2,即Pa。——牛顿粘性定律式中：速度梯度比例系数，它的值随流体的不同而不同，流体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度。2、流体的粘度1)物理意义促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。粘度总是与速度

2、梯度相联系，只有在运动时才显现出来2)粘度与温度、压强的关系a)液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体的粘度基本不变。b)气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而增加的很少。3）粘度的单位在SI制中：在物理单位制中，粘度的单位为：泊，符号表示：P.换算关系为：4)混合物的粘度对常压气体混合物：对于分子不缔合的液体混合物：5）运动粘度单位：SI制：m2/s；物理单位制：cm2/s，称为斯托克斯，简称“沲”，用St表示。二、流动类型与雷诺准数1、雷诺实验滞流或层流湍流或紊流1—小瓶，2—细管，3—水箱4—水平玻璃管，5—

3、阀门，6—溢流装置流体质点沿着与管轴平行的方向作直线运动，与周围流体间无宏观的混合。流体质点除了沿管道向前运动外，还作不规则的杂乱运动，且彼此相互碰撞与混合。2、雷诺数Re雷诺数的因次：Re是一个没有单位，没有因次的纯数。在计算Re时，一定要注意各个物理量的单位必须统一。数群:凡是几个有内在联系的物理量按无因次条件组合起来的数群，称为准数或无因次数群。流体的流动类型属于滞流；可能是滞流，也可能是湍流，与外界条件有关。——过渡区流体的流动类型属于湍流；例：20ºC的水在内径为50mm的管内流动，从附录五查得20ºC时，ρ=9

4、98.2kg/m3，μ=1.005mPa.s。求水在管内做滞流流动时的临界流速。临界流速三、滞流与湍流的比较1、流体内部质点的运动方式层流流动时，流体质点沿管轴做有规则的平行运动。湍流流动时，流体质点在沿流动方向运动的同时，还做随机的脉动。湍流的特征是出现速度的脉动。2.流体在圆管内的速度分布无论是滞流或湍流，在管道任意截面上，管壁处速度为零，到管中心处速度最大。滞流:速度沿管径按抛物线的规律分布，截面上各点速度的平均值u等于管中心处最大速度umax的0.5倍。滞流湍流湍流:截面上靠管中心部分各点速度彼此扯平，速度分布比较

5、均匀，所以速度分布曲线不再是严格的抛物线。——湍流流动时圆管内速度分布式通常遇到的情况下，湍流时的平均速度大约等于管中心处最大速度的0.82倍。为精确起见，可借助u/umax与Re、Remax的关系曲线进行计算。3.流体在直管内的流动阻力滞流:流动阻力来自流体本身所具有的粘性而引起的内摩擦。湍流:流动阻力包括流体自身粘性而引起的内摩擦力以及流体内部大大小小的旋涡所引起的附加阻力。4、滞流和湍流中的剪应力滞流流动的剪应力：湍流流动的剪应力：ε：称为涡流粘度，反映湍流流动的脉动特征，随流动状况及离壁的距离而变化。圆管内滞流与湍

6、流的比较(1)滞流湍流本质区别分层流动质点的脉动速度分布平均速度剪应力两种流型的比较(2)沿管的轴向作直线运动，不存在横向混合和质点的碰撞流型滞流（层流）湍流（紊流）判据Re2000Re>4000流体内部质点运动情况不规则杂乱运动，质点碰撞和混合，流体质点产生脉动。脉动是湍流的基本特点.管截面上速度分布抛物线方程管中心流速最大，管壁处流速为0碰撞和混合使管中心处速度平均化,管壁处流速为0，管中心流速最大流体在直管中的流动阻力流体内部的内摩擦力，遵循牛顿粘性定律粘性应力+湍流应力u0u0u0u0uuu§1.3.3边界层的概

7、念1、边界层的形成边界层:在壁面附近存在着较大速度梯度的流体层，称为流动边界层，简称边界层。即流速降为未受影响流速的99%以内的区域。主流区:边界层以外，粘性不起作用，即速度梯度可视为零的区域，称为流体的外流区或主流区主流区边界层区层流边界层湍流边界层边界层界限层流底层xcu0u0u0x2、边界层的发展1）流体在平板上的流动随着流动路程的增长，边界层逐渐增厚；在xc之后,边界层内的流动由滞流变为湍流。此后的边界层称为湍流边界层。在湍流边界层内靠近壁面附近存在一层做滞流流动的流体层,称为滞流内层（或层流底层）.在平板的前缘x

8、c之前，称为层流（滞流）边界层；2）流体在圆形直管进口段内的流动流体在圆管内流动时，边界层汇合处与管入口的距离称作进口段长度，或稳定段长度。一般滞流时通常取稳定段长度x0=(50-100)d，湍流时稳定段长度约于(40-50)d。x0δR滞流边界层湍流边界层x0Rδ完全发展了的流动4、边界层的分离A点流