化工原理第三版课件教学课件 作者 陆美娟 张浩勤 主编流体流动4.ppt

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1、本节内容提要简要分析在微观尺度上流体流动的内部结构,为流动阻力的计算奠定理论基础.以滞流和湍流两种基本流型的本质区别为主线展开讨论，本节重点（1）两种流型的判据及本质区别；Re的意义及特点。（2）流动边界层概念第四节管内流体流动现象11-11流体的流动型态一、两种流型——层流和湍流雷诺实验2两种流动形态：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。二、流型判据——雷诺准数无因次数群3*判断流型Re≤200

2、0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

3、质和传热过程中，往往在输送条件的允许下尽可能提高流体的流速。5例有一内径为25mm的水管，如管中流速为1.0m/s，水温为20℃。求：（1）管道中水的流动类型；（2）管道内水保持层流状态的最大流速。解(1)20℃水μ=1cP，ρ=998.2kg/m3故管中为湍流(2)保持层流需61-12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。理想流体速度分布:柱塞流实际流体速度分布一、层流时的速度分布7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8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

4、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，其速度呈抛物线分布。9*哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程速度分布方程又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程10二、流体在圆管中湍流时的速度分布湍流速度分布的经验式：11n与Re有关，取值如下：1/7次方定律当时，流体的平均速度:12湍流流动时：13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；过渡层：分子粘度与湍流粘度相当；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

5、度越高，层流内层厚度越薄。14流动边界层的基本概念①板面附近流速变化较大（存在速度梯度）的区域，称为流动边界层（或简称边界层），流体阻力集中在此区域内。②边界层以外流速基本不变（等于u∞）的区域称为主流区，此区内速度梯度为零。一般以主流流速的99%处作为两个区域的分界线，上图所示的虚线与平板间的区域即为边界层区域。因此，边界层的内侧速度为零，而外侧速度为0.99u∞。15如右图在湍流边界层中，离壁较远的区域为湍流，但靠近板面的一薄层流体的流速仍很小并保持层流，也就是层流内层。如上图所示，在湍流边界层中，离壁较远的区域为湍流，但靠近板面的一薄层流体的流速仍很小并保持层流，也

6、就是层流内层。16流体流动现象小结▲牛顿粘性定律是牛顿流体在作层流流动时的过程特征方程。它虽然是一个简单的实验定律，但在流体流动尤其是层流解析中具有重要作用。▲流体按其流动状态有层流与湍流两种流型，这是有本质区别的流动现象。在流体流动、传热及传质过程等工程计算中，往往必须先确定之。流型判断依据是Re的数值。▲层流速度分布的描述采用一般物理定律十过程特征定则的方法，得到完全解析的结果。湍流时，由于过程特征规律不确定，而使问题无法解析，只有采用实验测定的方法。17