流体流动2解析.ppt

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1、第四节管内流体流动现象一.牛顿粘性定律1.粘性:流体在流动中产生内摩擦力的性质,粘性是能量损失的原因。实验：内摩擦力F剪应力：单位面积上的内摩擦力（τ）。τ=F/Adu/dy（du/dr）—速度梯度速度沿法线上的变化率。1—10粘度1剪切力：单位面积上的内摩擦力.μ：粘度系数——动力粘度——粘度。粘度的物理意义：当速度梯度为1时，单位面积上产生的内摩擦力的大小。粘度的单位——牛顿粘性定律国际制物理制23.影响粘度的因素:温度:液体—温度，粘度下降；气体—温度，粘度。压力：液体—受压力影响很小；气体—压力，粘

2、度；但只有在压力极高或极低时有影响。二.非牛顿性流体——不符合牛顿粘性定律的流体为非牛顿性流体。如油等高粘度的流体。31-11流体流动类型与雷诺准数影响因素:管径、流速、粘度、密度一.实验1.层流(滞流)过渡流2.湍流(紊流)4二.雷诺值—Re无因次数群—准数三.流动类型的判断1.层流Re≤20002.湍流Re≥40005例题:内径25mm的水管,水流速为1m/s,水温20度,求:1.水的流动类型;2.当水的流动类型为层流时的最大流速?解：1.20℃μ=1cPρ=998.2kg/m361—12流体在园管内的速度分

3、布F1=πr2P1F2=πr2P2F=F1-F2=(P1-P2)πr2=ΔPπr2τ=F/A——剪切力（剪应力强度）F=τA=一.层流时的速度分布1.速度分布曲线Rr72.最大、最小速度dv=2πrdru积分得：r3.流量84.平均流速9层流速度分布曲线105.哈根—泊素叶方程哈根—泊素叶方程：表示流体层流流动时用以克服摩擦阻力的压力差，与速度的一次方成正比。11二.流体在园管中湍流流动时的速度分布1.管中心部分速度为最大速度umax。点速度ù:ù=umax(1-r/R)1/72.层流底层——管壁处为层流。速度大，湍

4、流程度大，层流底层薄；粘度大，层流底层厚。3.平均速度约为最大速度的0.82倍湍流流动的速度分布曲线12第五节流体流动阻力1.对于同一直管，不管水平或垂直放置,所测能量损失相等。2.只有水平放置的直管,能量损失等于两截面的压能之差。1-14流体在直管中的流动阻力对于等径直管柏努力方程为131—15层流的摩擦阻力由哈根泊素叶方程得λ—摩擦系数14范宁公式λ—摩擦系数计算摩擦损失的通式，层流湍流都适用151—16湍流的摩擦阻力一.管壁粗糙度的影响1.绝对粗糙度ε：管壁突出部分的平均高度。2.相对粗糙度：绝对粗糙度与管径的

5、比值ε/d。16二.因次分析法因次分析法的基础—量纲的一致性。即：每个物理方程式的两边不仅数值相等，且量纲也必需相等。量纲为1：量纲指数为零的量。π定理：当某现象的物理量数为n个，这些物理量的基本量纲数为m个，则该物理现象可用N＝（n-m）个独立的量纲为1的量之间的关系式表示，即可用N＝（n-m）个准数表示。17用量纲分析法确定湍流时摩擦阻力中的准数物理量：压力降△P、管径d、管长l、流速u、密度ρ、粘度μ、粗糙度ε△P=f（d、l、u、ρ、μ、ε）量纲分别为：[μ]=MT–1L–1基本量纲：M、T、L（三个基本量纲

6、）准数个数：N=7–3=4[P]=MT-2L-1[d]=L[l]=L[u]=LT-1[ε]=L[ρ]=ML-318幂函数形式：△P=KdalbucρdμeεfML-1T-2=LaLb（LT-1）c（ML–3）d（MT–1L–1）eLf﹒整理得：ML-1T-2=Md+eLa+b+c-3d-e+fT–c-e根据量纲一致性M：d+e=1L：a+b+c-3d–e+f=-1T：-c-e=-2﹒19幂函数形式：△P=KdalbucρdμeεfM：d+e=1(1)L：a+b+c-3d–e+f=-1(2)T：-c-e=-2(3)﹒由

7、(1)得d=1-e(4)由(3)得c=2-e(5)将(4)、(5)带入(2)得a=-b-e–f(6)将结果带入原幂函数得:△P=Kd-b-e-flbu2-eρ1-eμeεf20△P=Kd-b-e-flbu2-eρ1-eμeεf变换为准数式(将指数相同的物理量合并):2122三.湍流时的摩擦系数-Moody（莫狄）图完全湍流区—阻力平方区；λ与Re无关231.层流:λ=64/Reλ与相对粗糙度无关。2.过渡区不稳定3.湍流区λ的计算241—17非圆形管道内的流动阻力当量直径de=4A/∏A—流通截面积（m2）；∏—润湿

8、周边(m)。圆形管道与套管的当量直径分别为：**非圆形管道内层流流动时,λ=C/ReC为常数,无因次,由管道截面形状查表获得。25例题：有正方形管道、宽为高三倍的长方形管道和圆形管道，截面积皆为0.48m2，分别求它们的润湿周边和当量直径。解：(1)正方形管道边长：a=0.481/2=0.692润湿周边：∏=4d=4×0.692=2.77m当量