環(huán)境工程原理第三章3-4節(jié) ppt課件

1、第三節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力雷諾雷諾(18421912)，德國(guó)物理學(xué)家，生，德國(guó)物理學(xué)家，生于北愛爾蘭，曼徹斯特歐文學(xué)院工程學(xué)教于北愛爾蘭，曼徹斯特歐文學(xué)院工程學(xué)教授，皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，授，皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1888年獲皇家獎(jiǎng)?wù)?。年獲皇家獎(jiǎng)?wù)?。一、流體的流動(dòng)類型一、流體的流動(dòng)類型1、兩種流型層流和湍流、兩種流型層流和湍流將水箱將水箱A注滿水，利用注滿水，利用溢水管溢水管H保持水箱中的保持水箱中的水位恒定，然后微微打水位恒定，然后微微打開玻璃管末端的調(diào)節(jié)閥開玻璃管末端的調(diào)節(jié)閥C，水流以很小速度沿，水流以很小速度沿玻璃管流出。再打開顏玻璃管流出。再打開顏色水瓶色水瓶D上的小閥上的小閥K，使，使顏色水沿細(xì)管顏

2、色水沿細(xì)管E流入玻璃流入玻璃管管B中。中。(1) 雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)第三節(jié) 流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力 水流速?gòu)男〉酱?，有色液體水流速?gòu)男〉酱?，有色液體變化如圖所示。實(shí)驗(yàn)表明，流體變化如圖所示。實(shí)驗(yàn)表明，流體在管道中流動(dòng)存在兩種截然不同在管道中流動(dòng)存在兩種截然不同的流型。的流型。 水流速增大到某一數(shù)值時(shí)顏色水的直線流開始振蕩，發(fā)水流速增大到某一數(shù)值時(shí)顏色水的直線流開始振蕩，發(fā)生彎曲，圖生彎曲，圖(b)所示。所示。 湍流或紊流）：如圖湍流或紊流）：如圖 (c) 所示，當(dāng)水流速增大到一定程所示，當(dāng)水流速增大到一定程度，彎曲顏色水流破裂成非常紊亂的狀態(tài)，流體質(zhì)點(diǎn)除了沿度，彎曲顏色水流破裂成非常紊亂的狀態(tài)，流體

3、質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰 撞和混合。撞和混合。 特點(diǎn)：脈動(dòng)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)）特點(diǎn)：脈動(dòng)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)） 層流層流(或滯流或滯流)：圖：圖(a)水流很小水流很小時(shí)管中顏色水質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸時(shí)管中顏色水質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合。徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合。 udRe(2) 流型判據(jù)流型判據(jù)雷諾數(shù)雷諾數(shù) 流體的流動(dòng)類型可用雷諾數(shù)流體的流動(dòng)類型可用雷諾數(shù)Re判斷。判斷。 無(wú)量綱數(shù)無(wú)量綱數(shù)流體

4、密度流體密度流體粘度，讀法：繆流體粘度，讀法：繆特征流速特征流速管徑管徑雷諾數(shù)雷諾數(shù)duRe 23/././msNmkgsmm000skgm計(jì)算計(jì)算Re時(shí)，各個(gè)物理量的單位必須統(tǒng)一。時(shí)，各個(gè)物理量的單位必須統(tǒng)一。（1Re2000，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；（2Re4000，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；（32000 Re 4000國(guó)際單位制中粘度單位是國(guó)際單位制中粘度單位是Pas帕帕秒）。在【厘米秒）。在【厘米克克秒】單位制，其單位是秒】單位制，其單位是P泊或泊或cP厘泊）。厘泊）。換算關(guān)系為換算關(guān)系為1 Pas = 10P =1

5、000cP （3層流與湍流的比較層流與湍流的比較 A. 流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式層流層流:流體沿管軸分層流動(dòng)、層間互不摻混流體沿管軸分層流動(dòng)、層間互不摻混(穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng))湍流湍流:流體做平動(dòng)時(shí)，還做隨機(jī)的脈動(dòng)流體做平動(dòng)時(shí)，還做隨機(jī)的脈動(dòng)(非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng))B. 流體在圓管內(nèi)速度分布流體在圓管內(nèi)速度分布速度分布：流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)截面上質(zhì)點(diǎn)的速度隨速度分布：流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)截面上質(zhì)點(diǎn)的速度隨半徑的變化關(guān)系。無(wú)論是層流還是湍流，管壁處質(zhì)半徑的變化關(guān)系。無(wú)論是層流還是湍流，管壁處質(zhì)點(diǎn)速度均為零，越靠近管中心流速越大，管中心處點(diǎn)速度均為零，越靠近管中心流速越大，管中心處速度最大，

6、但兩種流型的速度分布卻不相同。速度最大，但兩種流型的速度分布卻不相同。層流：拋物線分布，層流：拋物線分布，u=0.5umax湍流：非拋物線分布，湍流：非拋物線分布，u0.82umax （一牛頓粘性定律二、流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力二、流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力流體典型特征是具有流動(dòng)性，但不同流體的流動(dòng)性能不同，？流體典型特征是具有流動(dòng)性，但不同流體的流動(dòng)性能不同，？ 流體的粘性是流體抵抗剪切形變的一種屬性。根流體的粘性是流體抵抗剪切形變的一種屬性。根據(jù)流體力學(xué)的特點(diǎn)，靜止的流體不能承受剪切力，即據(jù)流體力學(xué)的特點(diǎn)，靜止的流體不能承受剪切力，即在任何微小剪切力的持續(xù)作用下，流體要發(fā)生連續(xù)不在任何微小剪切力的持續(xù)作

7、用下，流體要發(fā)生連續(xù)不斷地形變。不同流體在相同的剪切力作用下其形變速斷地形變。不同流體在相同的剪切力作用下其形變速度不同，它反映了抵抗剪切形變能力的差別，這種能度不同，它反映了抵抗剪切形變能力的差別，這種能力就是流體的粘性。力就是流體的粘性。 粘性是流動(dòng)性的反面，流體的粘性越大，其流粘性是流動(dòng)性的反面，流體的粘性越大，其流動(dòng)性越小。流體的粘性是流體產(chǎn)生流動(dòng)阻力的根源。動(dòng)性越小。流體的粘性是流體產(chǎn)生流動(dòng)阻力的根源。1、流體的粘性2、流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力、流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力若若u較小，則兩板間液體會(huì)分成無(wú)數(shù)平行的薄層運(yùn)動(dòng)，較小，則兩板間液體會(huì)分成無(wú)數(shù)平行的薄層運(yùn)動(dòng)，粘附在上板底面的一薄層流體以速度粘

8、附在上板底面的一薄層流體以速度u隨上板運(yùn)動(dòng)，其隨上板運(yùn)動(dòng)，其下各層液體的速度依次降低，緊貼在下板表面的一層下各層液體的速度依次降低，緊貼在下板表面的一層液體速度為零，兩平板之間的流速呈線性變化。液體速度為零，兩平板之間的流速呈線性變化。對(duì)相鄰兩層流體來(lái)說，上層速度大，下層速度小，前對(duì)相鄰兩層流體來(lái)說，上層速度大，下層速度小，前者對(duì)后者起帶動(dòng)作用，而后者對(duì)前者起拖曳作用，流者對(duì)后者起帶動(dòng)作用，而后者對(duì)前者起拖曳作用，流體層之間的這種相互作用即是內(nèi)摩擦力，流體的粘性體層之間的這種相互作用即是內(nèi)摩擦力，流體的粘性正是這種內(nèi)摩擦力的表現(xiàn)。正是這種內(nèi)摩擦力的表現(xiàn)。兩塊面積很大且相距很近兩塊面積很大且相距

9、很近平行板，板間充滿靜止液平行板，板間充滿靜止液體。下板固定，對(duì)上板施體。下板固定，對(duì)上板施加恒定外力加恒定外力 F，上板以速，上板以速度度 u 沿沿 x方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。3、牛頓粘性定律、牛頓粘性定律(3.2.2) 實(shí)驗(yàn)證明，流體的內(nèi)摩擦力實(shí)驗(yàn)證明，流體的內(nèi)摩擦力F與兩層流體的速度差與兩層流體的速度差du成正比，與兩層間的垂直距離成正比，與兩層間的垂直距離dy成反比，與兩層間成反比，與兩層間的接觸面積的接觸面積A成正比，即成正比，即duFAdy 式中：式中：F內(nèi)摩擦力，內(nèi)摩擦力，N；dudy法向速度梯度，即在與流體流動(dòng)方向相垂直的法向速度梯度，即在與流體流動(dòng)方向相垂直的y方向流體方向流體

10、速度的變化率，速度的變化率，1/s；比例系數(shù)，稱為流體粘度或動(dòng)力粘度，比例系數(shù)，稱為流體粘度或動(dòng)力粘度，Pas。 單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為剪應(yīng)力，以單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為剪應(yīng)力，以 表示，表示，單位為單位為Pa，則上式變?yōu)椋?，則上式變?yōu)椋贺?fù)號(hào)表示剪應(yīng)力的方向與速度梯度的方向相反負(fù)號(hào)表示剪應(yīng)力的方向與速度梯度的方向相反(3.2.3)FduAdy 牛頓粘性定律指出：相鄰流體層之間的剪應(yīng)力，即流牛頓粘性定律指出：相鄰流體層之間的剪應(yīng)力，即流體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力 與該處垂直于流動(dòng)方向的速度梯與該處垂直于流動(dòng)方向的速度梯度度du/dy成正比。成正比。( (二二) )流體的粘度流體的粘度

11、1 1、粘度的物理意義：流體流動(dòng)時(shí)在與流動(dòng)方向垂直、粘度的物理意義：流體流動(dòng)時(shí)在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。粘度是反的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。粘度是反映流體粘性大小的物理量。粘度總是與速度梯度相聯(lián)映流體粘性大小的物理量。粘度總是與速度梯度相聯(lián)系，只有在運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)。系，只有在運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)。 dudy (3.2.4)粘度也是流體的物性之一，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。粘度也是流體的物性之一，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。（1 1液體粘度隨溫度升高而減小，壓力對(duì)其影響可忽略不計(jì)。液體粘度隨溫度升高而減小，壓力對(duì)其影響可忽略不計(jì)。2、粘度的影響因素：、粘度的影響因素：（2 2氣體的

12、粘度隨溫度的升高而增大，一般情況下也可忽略壓氣體的粘度隨溫度的升高而增大，一般情況下也可忽略壓 力的影響，但在極高或極低的壓力條件下需考慮其影響。力的影響，但在極高或極低的壓力條件下需考慮其影響。液體和氣體的粘性隨溫度變化不同的原因液體和氣體的粘性隨溫度變化不同的原因: : 分子間的吸引力是構(gòu)成液體粘性的主要因素，溫度升高，分子分子間的吸引力是構(gòu)成液體粘性的主要因素，溫度升高，分子間吸引力減小，液體的粘性降低；間吸引力減小，液體的粘性降低； 構(gòu)成氣體粘性的主要因素是氣體分子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，在不構(gòu)成氣體粘性的主要因素是氣體分子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，在不同速度分子層間進(jìn)行動(dòng)量交換。溫度越高，氣體分子

13、熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，同速度分子層間進(jìn)行動(dòng)量交換。溫度越高，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，動(dòng)量交換就越頻繁，氣體的粘性也就越大。動(dòng)量交換就越頻繁，氣體的粘性也就越大。3、粘度單位、粘度單位 國(guó)際單位國(guó)際單位 sPamsmPa.dyud在工程手冊(cè)中，粘度的單位常用物理單位制的在工程手冊(cè)中，粘度的單位常用物理單位制的cP厘厘泊表示，它們的換算關(guān)系：泊表示，它們的換算關(guān)系：1cP10-3 Pas 4、運(yùn)動(dòng)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度牛頓流體：氣體和大多數(shù)低相對(duì)分子質(zhì)量的液體。牛頓流體：氣體和大多數(shù)低相對(duì)分子質(zhì)量的液體。(三) 流體類別課本p62-64，看書2分鐘）流體理想流體， = 0實(shí)際流體， 0牛頓流體非牛頓流體假塑性流體脹

14、塑性流體粘塑性流體非牛頓流體：泥漿、聚合物等高粘度的液體。非牛頓流體：泥漿、聚合物等高粘度的液體。p 層流流動(dòng)：基本特征是分層流動(dòng)，表現(xiàn)為各層之層流流動(dòng)：基本特征是分層流動(dòng)，表現(xiàn)為各層之間的相互影響和作用較小，剪應(yīng)力主要是由分子運(yùn)間的相互影響和作用較小，剪應(yīng)力主要是由分子運(yùn)動(dòng)引起的。動(dòng)引起的。服從牛頓粘性定律服從牛頓粘性定律p 湍流流動(dòng)：存在流體質(zhì)點(diǎn)的隨機(jī)脈動(dòng)，流體之間湍流流動(dòng)：存在流體質(zhì)點(diǎn)的隨機(jī)脈動(dòng)，流體之間相互影響較大，剪應(yīng)力除了由分子運(yùn)動(dòng)引起外，還相互影響較大，剪應(yīng)力除了由分子運(yùn)動(dòng)引起外，還由質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起。由質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起。 ( (四四) )流態(tài)對(duì)剪應(yīng)力的影響流態(tài)對(duì)剪應(yīng)力的影響yudd質(zhì)點(diǎn)

15、脈動(dòng)引起的剪應(yīng)力 用平均速度表示的垂直于流動(dòng)方向的速度梯度質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)引起的動(dòng)力粘性系數(shù)渦流粘度 teffdddduuyyeff有效動(dòng)力粘度（1 1簡(jiǎn)述層流和湍流的流態(tài)特征。簡(jiǎn)述層流和湍流的流態(tài)特征。（2 2什么是什么是“內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力”？簡(jiǎn)述不同流態(tài)流體中？簡(jiǎn)述不同流態(tài)流體中“內(nèi)摩擦力的產(chǎn)生機(jī)理。內(nèi)摩擦力的產(chǎn)生機(jī)理。（3 3流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生阻力的根本原因是什么？流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生阻力的根本原因是什么？（4 4什么情況下可用牛頓粘性定律計(jì)算剪應(yīng)力？什么情況下可用牛頓粘性定律計(jì)算剪應(yīng)力？牛頓型流體有哪些？牛頓型流體有哪些？（5 5簡(jiǎn)述溫度和壓力對(duì)液體和氣體粘度的影響。簡(jiǎn)述溫度和壓力對(duì)液體和氣體粘度的影響

16、。思考題思考題主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、邊界層理論的概念一、邊界層理論的概念二、邊界層的形成過程二、邊界層的形成過程三、邊界層的分離三、邊界層的分離第四節(jié) 邊界層理論yFuu= 0速度分布 實(shí)際流體的流動(dòng)具有兩個(gè)基本特征：實(shí)際流體的流動(dòng)具有兩個(gè)基本特征：(1)(1)流體流過壁面，壁面處存在摩擦力，流體與壁面相流體流過壁面，壁面處存在摩擦力，流體與壁面相 對(duì)速度為對(duì)速度為0 0，這一特征稱為流動(dòng)無(wú)滑移，這一特征稱為流動(dòng)無(wú)滑移( (粘附粘附) )特征特征(2)(2)當(dāng)流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體之間存在內(nèi)摩當(dāng)流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體之間存在內(nèi)摩 擦力，在壁面附近形成速度分布。擦力，在壁面附近形成速度

17、分布。存在速度梯度的區(qū)域即為邊界層。將存在速度梯度的區(qū)域即為邊界層。將u=0.99u0時(shí)流體時(shí)流體層厚度定義為邊界層厚度，用層厚度定義為邊界層厚度，用 (德爾塔德爾塔)表示。表示。存在速度梯度存在速度梯度u0 1904年，普蘭德提出“邊界層概念，認(rèn)為即使空氣、水粘性很低的流體，粘性也不能忽略，但其影響僅限于壁面附近的薄層，即邊界層，離開表面較遠(yuǎn)的區(qū)域，則可視為理想流體。邊界層理想流體受阻受阻減速減速無(wú)滑移無(wú)滑移u0yx一、邊界層的形成一、邊界層的形成 （3 3邊界層內(nèi)粘性力可達(dá)到很高的數(shù)值，它所起作用邊界層內(nèi)粘性力可達(dá)到很高的數(shù)值，它所起作用 與慣性力同等重要，流動(dòng)阻力發(fā)生在邊界層內(nèi)；與慣性力

18、同等重要，流動(dòng)阻力發(fā)生在邊界層內(nèi)；普蘭德邊界層理論要點(diǎn)：普蘭德邊界層理論要點(diǎn)：（1 1實(shí)際流體沿固體壁面流動(dòng)，緊貼壁面處存在非常實(shí)際流體沿固體壁面流動(dòng)，緊貼壁面處存在非常薄的一層區(qū)域薄的一層區(qū)域邊界層；邊界層；（2 2邊界層內(nèi)流體的流速很小，但速度梯度很大；邊界層內(nèi)流體的流速很小，但速度梯度很大；（4 4邊界層外的外部流動(dòng)區(qū)域，法向速度梯度小，粘性邊界層外的外部流動(dòng)區(qū)域，法向速度梯度小，粘性力可忽略，近似看成理想流體的流動(dòng)。力可忽略，近似看成理想流體的流動(dòng)。（5 5流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域流動(dòng)分為兩個(gè)區(qū)域粘性流體運(yùn)動(dòng)區(qū)粘性流體運(yùn)動(dòng)區(qū)理想流體運(yùn)動(dòng)區(qū)理想流體運(yùn)動(dòng)區(qū)1、流體在平板上的流動(dòng)邊界層、流體在平板上

19、的流動(dòng)邊界層二、邊界層的發(fā)展二、邊界層的發(fā)展 1、流體在平板上的流動(dòng)邊界層、流體在平板上的流動(dòng)邊界層分界面分界面u=0.99u0u=0.99u0邊界層邊界層的厚度的厚度x隨著流體向下游流動(dòng)，即隨著流體向下游流動(dòng)，即x x增大，沿壁面法向有更增大，沿壁面法向有更多的流體被滯留，致使邊界層不斷增厚。多的流體被滯留，致使邊界層不斷增厚。二、邊界層的發(fā)展 速度梯度減小速度梯度減小, 粘性力粘性力下降下降, 擾動(dòng)迅速發(fā)展擾動(dòng)迅速發(fā)展層流邊界層層流邊界層湍流邊界層湍流邊界層過渡區(qū)過渡區(qū)速度梯度大速度梯度大粘性力大粘性力大臨界距離臨界距離湍流層湍流層過度層過度層層流區(qū)與湍流區(qū)之間有一個(gè)過渡區(qū)層流區(qū)與湍流區(qū)之

20、間有一個(gè)過渡區(qū)( (過渡區(qū)和湍流邊界層界限不易確定過渡區(qū)和湍流邊界層界限不易確定) )。厚度突然增加厚度突然增加從平板前緣到從平板前緣到xcxc之間，流體流動(dòng)為層流，該區(qū)稱為層流邊界層。之間，流體流動(dòng)為層流，該區(qū)稱為層流邊界層。在在xcxc點(diǎn)后，邊界層內(nèi)的流動(dòng)由層流變?yōu)橥牧?。該區(qū)稱為湍流邊界層。點(diǎn)后，邊界層內(nèi)的流動(dòng)由層流變?yōu)橥牧?。該區(qū)稱為湍流邊界層。湍流邊界層內(nèi)近壁處一薄層，無(wú)論邊界層內(nèi)的流型為層流或湍流，其流型湍流邊界層內(nèi)近壁處一薄層，無(wú)論邊界層內(nèi)的流型為層流或湍流，其流型均為層流，稱為層流底層；遠(yuǎn)離壁面的流體為湍流，稱為湍流層均為層流，稱為層流底層；遠(yuǎn)離壁面的流體為湍流，稱為湍流層( (中

21、心中心) )；層流底層和湍流層之間為過度層流底層和湍流層之間為過度( (緩沖緩沖) )層。層。層流底層層流底層層流底層過渡層管壁管壁湍流區(qū)放大圖湍流層xc臨界距離，與壁面粗糙度、平板前緣的形狀、流體臨界距離，與壁面粗糙度、平板前緣的形狀、流體性質(zhì)和流速有關(guān)，壁面越粗糙，前緣越鈍，性質(zhì)和流速有關(guān)，壁面越粗糙，前緣越鈍，xc越短。越短。流型轉(zhuǎn)變時(shí)的臨界雷諾數(shù)流型轉(zhuǎn)變時(shí)的臨界雷諾數(shù)c0 xcx uRe對(duì)于平板，對(duì)于平板，Rexc 2105 層流層流 Rexc 3106 湍流湍流 2105 Rexc 3106 處于過渡狀態(tài)處于過渡狀態(tài)(1) 邊界層內(nèi)的流型判別邊界層內(nèi)的流型判別流體主體速度流體主體速度

22、臨界雷諾數(shù)：臨界雷諾數(shù)：Rexc = 5Rexc = 5105 105 對(duì)于層流邊界層對(duì)于層流邊界層 (Rexc 2105）xRe為以坐標(biāo)為以坐標(biāo)x x為特征長(zhǎng)度的雷諾數(shù)為特征長(zhǎng)度的雷諾數(shù)當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)。當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)。對(duì)于湍流邊界層對(duì)于湍流邊界層 (Rexc 3106 )0 xxuRe (2)(2)邊界層厚度邊界層厚度(3.3.1)(3.3.2)0 54.641Re.xx 0 20.376Re.xx 可見：可見： Rex，則，則；如流體的物性如流體的物性( (、) )為定值：為定值：u0u0，則，則。 通常邊界層厚度為通常邊界層厚度為10-3m量級(jí)，流動(dòng)邊界層內(nèi)特別量級(jí)，流動(dòng)邊界層內(nèi)特別是層流底層內(nèi)

23、，集中了絕大部分的傳遞阻力。盡管邊是層流底層內(nèi)，集中了絕大部分的傳遞阻力。盡管邊界層厚度很小，但對(duì)研究流體的流動(dòng)阻力、傳熱和傳界層厚度很小，但對(duì)研究流體的流動(dòng)阻力、傳熱和傳質(zhì)速率有著非常重要的意義。質(zhì)速率有著非常重要的意義。工程上減少邊界層厚度的方法：工程上減少邊界層厚度的方法： 適當(dāng)增大流速，使其呈湍流狀態(tài)，降低邊界層中層適當(dāng)增大流速，使其呈湍流狀態(tài)，降低邊界層中層流部分的厚度，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)；流部分的厚度，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)； 在流道內(nèi)壁做矩形槽，或在管內(nèi)壁放置翅片，破壞在流道內(nèi)壁做矩形槽，或在管內(nèi)壁放置翅片，破壞邊界層的形成，減少傳熱和傳質(zhì)阻力。邊界層的形成，減少傳熱和傳質(zhì)阻力。2 2、圓管

24、內(nèi)流動(dòng)的邊界層、圓管內(nèi)流動(dòng)的邊界層流動(dòng)全部被固體邊界所約束 2 2、圓管內(nèi)流動(dòng)的邊界層、圓管內(nèi)流動(dòng)的邊界層le邊界層邊界層充分發(fā)展的流動(dòng)充分發(fā)展的流動(dòng)進(jìn)口段流動(dòng)進(jìn)口段流動(dòng)(1)(1)圓管內(nèi)流動(dòng)的邊界層形成圓管內(nèi)流動(dòng)的邊界層形成環(huán)狀邊界層區(qū)域環(huán)狀邊界層區(qū)域核心區(qū)核心區(qū)充分發(fā)展段環(huán)狀邊界層 管內(nèi)邊界層的形成和發(fā)展有兩種形式：管內(nèi)邊界層的形成和發(fā)展有兩種形式： 當(dāng)當(dāng)u0u0較小，邊界層在管中心匯合時(shí)，邊界層是層流，較小，邊界層在管中心匯合時(shí)，邊界層是層流，以后充分發(fā)展段則保持層流流動(dòng)，速度分布呈拋物線以后充分發(fā)展段則保持層流流動(dòng)，速度分布呈拋物線形。形。拋物線形速度分布拋物線形速度分布 層流流動(dòng)層流

25、流動(dòng)當(dāng)當(dāng)u0u0較大，邊界層在管中心匯合時(shí)，邊界層流動(dòng)若已較大，邊界層在管中心匯合時(shí)，邊界層流動(dòng)若已經(jīng)發(fā)展為湍流，則其下游的流動(dòng)也為湍流，速度分布經(jīng)發(fā)展為湍流，則其下游的流動(dòng)也為湍流，速度分布不是拋物線形狀。不是拋物線形狀。在管內(nèi)的湍流邊界層和充分發(fā)展的湍流流動(dòng)中，徑向在管內(nèi)的湍流邊界層和充分發(fā)展的湍流流動(dòng)中，徑向也存在著三層流體，即層流底層、緩沖層和湍流中心。也存在著三層流體，即層流底層、緩沖層和湍流中心。 環(huán)狀邊界層核心區(qū)充分發(fā)展段進(jìn)口段湍流流動(dòng)湍流流動(dòng)邊界層為湍流邊界層為湍流緩沖層緩沖層層流底層層流底層湍流中心湍流中心mmax0.82uub7/861.5dRe 判別流動(dòng)形態(tài)的雷諾數(shù)定義為

26、判別流動(dòng)形態(tài)的雷諾數(shù)定義為A. 充分發(fā)展段邊界層厚度等于管半徑，且不再改變。充分發(fā)展段邊界層厚度等于管半徑，且不再改變。B. 湍流時(shí)圓管內(nèi)層流底層的厚度，當(dāng)0duRe 當(dāng)當(dāng)Re 2000時(shí)，管內(nèi)流動(dòng)維持層流。時(shí)，管內(nèi)流動(dòng)維持層流。 (2) 邊界層厚度邊界層厚度(3.3.3)（3進(jìn)口段長(zhǎng)度進(jìn)口段長(zhǎng)度進(jìn)口段附近摩擦系數(shù)最大，其后沿流動(dòng)方向平緩減少，進(jìn)口段附近摩擦系數(shù)最大，其后沿流動(dòng)方向平緩減少，趨于流動(dòng)充分發(fā)展后的不變值。因此實(shí)際工程中區(qū)分趨于流動(dòng)充分發(fā)展后的不變值。因此實(shí)際工程中區(qū)分進(jìn)口段是非常重要的。進(jìn)口段是非常重要的。進(jìn)口段長(zhǎng)度用le表示。無(wú)量綱進(jìn)口段長(zhǎng)度 是雷諾數(shù)的函數(shù)eld0.0575elRed A. 層流：可按下式估算層流：可按下式估算通常也可以取通常也可以取(50100) d(50100) d。 留意留意: 管內(nèi)進(jìn)口段流速不穩(wěn)定，安裝測(cè)量