第1章流体流动4

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1、第一章流体流动第四节流体的流动阻力(ResistanceofFluidFlow)一、流体的粘度(ViscosityofFluid)内摩擦力——运动着的流体内部相邻两流体层之间的相互作用力。粘性——流体抵抗相邻流体层发生相对运动的性质称为流体的粘性。粘性是流动性的反面，流体的粘性是流体产生流动阻力的根源。确定流体流动时内摩擦力大小的物理性质。FBAyxuΔyΔuu=0平板间流体流速变化图第四节流体的流动阻力二、牛顿粘性定律(Newton’sviscosityLaw)τ——单位面积上的内摩擦力称为剪

2、应力，单位为Pa——法向速度梯度，与流动方向相垂直的流体速度的变化率，1/s；μ——比例系数，称为流体的粘度或动力粘度，Pa·s粘度的物理意义——当流体流动的速度梯度等于1时，单位面积上由于流体的粘性所产生的内摩擦力的大小。衡量流体粘性大小的物理量。——牛顿粘性定律第四节流体的流动阻力二、牛顿粘性定律(Newton’sviscosityLaw)流体类型牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体。气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体。非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。μa——表观粘度，非纯物性,

3、是剪应力的函数。高分子溶液、胶体溶液及悬浮液(Newtonianfluid)(Non-Newtonianfluid)0du/dyτ（粘）塑性流体假塑性流体涨塑性流体CBADA-牛顿流体；B-假塑性流体；C-（粘）塑性流体；D-涨塑性流体；牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系（1）(粘)塑性流体--宾汉塑性(Binhamplastic)流体：当应力低于τ0时，不流动；当应力高于τ0时，流动与牛顿型流体一样。τ0称为屈服应力。如纸浆、牙膏、污水泥浆等。（2）假塑性(Pseudoplastic)

4、流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。（3）涨塑性流体(Dilatant)：表观粘度随速度梯度的增大而增大。淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。常见的非牛顿型流体类型1.剪应力和速度梯度间的关系与剪应力持续的时间无关常见的非牛顿型流体类型2.剪应力和速度梯度间的关系与剪应力持续的时间有关触变型(Thixotropic)流体：表观粘度随时间的延长而减小。如某些食品、某些高聚物溶液和油漆等。3.除剪应力外，还有与流动方向垂直的法向应力。粘弹性(Viscoela

5、stic)流体：既有粘性，又有弹性。当从大容器口挤出时，挤出物会自动胀大。如塑料和纤维生产中都存在这种现象。牛顿型流体与非牛顿型流体特性类型典型举例特点剪应力表达式牛顿型流体气体、水、大多数液体剪应力正比于法向速度梯度非牛顿型流体塑性流体牙膏、泥浆、油墨等剪应力超过某临界值后才能流动，剪应力正比于法向速度梯度假塑性流体高分子溶液、油漆等表观粘度随速度梯度的增大而降低涨塑性流体塑料溶液，高固体含量的悬浮液等表观粘度随速度梯度的增大而增加第四节流体的流动阻力三、流体的流动型态(Typeofflowp

6、attern)1883年英国著名科学家雷诺(OsborneReynolds)进行的实验——雷诺实验雷诺实验现象两种稳定的流动状态：层流、湍流。用红墨水观察管中水的流动状态(a)层流(b)过渡流(c)湍流三、流体的流动型态(Typeofflowpattern)层流(LaminarFloworStreamlineflow)：流速较小时，可看到一条稳定的直线。表明此时流体各个质点互不混杂，平行于管轴向前运动。过渡流(Transitionalflow)：随着流速的增加，有颜色的直线开始出现波浪。湍流(T

7、urbulentflow)：速度再增大，流体质点不仅沿管轴运动，而且还做不规则的横向运动。湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动；特征：流体质点的脉动。层流：*流体质点做直线运动；*流体分层流动，层间不相混合、不碰撞；*流动阻力来源于层间粘性摩擦力。过渡流：不是独立流型（层流+湍流），流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。三、流体的流动型态(Typeofflowpattern)45°lgHflguabcdelguclguc´下临界点上临界点三、流体的流动型态(Typeofflowpattern)流

8、型判据——雷诺(Reynolds)准数：（1）层流区，Re≤2000（2）过渡区，20002000可按湍流处理）Re为一无因次数群（Dimensionlessgroup,准数）雷诺数的物理意义：Re反映了流体流动中惯性力与粘性力之比，标志流体流动的湍动程度。其值愈大，流体的湍动愈剧烈，内摩擦力也愈大。粘性力：使流体保持层流的趋势。惯性力：使流体做不规则的自由运动，流动趋于湍流。三、流体的流动