浙江大學(xué)化工原理課件chap

1.5邊界層及邊界層理論

一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論二、邊界層的形成和發(fā)展三、邊界層分離1.6湍流1.7流速、流量的測量1.7.1變壓頭流量計1.7.2變截面流量計幻燈片6目錄第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)浙江大學(xué)本科生課程1第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.5邊界層及邊界層理論1904年，普蘭特憑他豐富的經(jīng)驗和物理直覺，提出了著名的邊界層理論。他在海德貝爾格的數(shù)學(xué)年會上宣讀了“具有很小摩擦的流體運動”，證明了繞固體的流動可以分為兩個區(qū)域，一是物體附近很薄的一層(邊界層)，其中摩擦起著主要的作用；二是該層以外的其余區(qū)域，這里摩擦可以忽略不計。 邊界層理論的重大意義在于，在人們還不可能求解完整的N—S方程以前，解決了阻力問題，使人類的飛行至少提前了半個世紀(jì)。同時，它還是奇異攝動理論中匹配漸近展開法的雛形。 所以，普蘭特不愧是近代流體力學(xué)的奠基人。浙江大學(xué)本科生課程2第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.5邊界層及邊界層理論一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論浙江大學(xué)本科生課程3第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)二、邊界層的形成和發(fā)展

浙江大學(xué)本科生課程4第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)浙江大學(xué)本科生課程5第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)三、邊界層分離流線型浙江大學(xué)本科生課程6第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.6湍流一、湍流的特點浙江大學(xué)本科生課程7第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)二、湍流產(chǎn)生的原因湍流的產(chǎn)生與渦體的產(chǎn)生密切相關(guān)。設(shè)流體原來直線層流運動，由于某種原因的干擾，流層發(fā)生波動；波峰上面壓力變小，下面壓力變大；同理波谷。于是波動進一步加大；最終發(fā)展成渦體。渦體形成后，由于其一側(cè)旋轉(zhuǎn)切線速度與流動速度一致，故流速較大，壓強較小，而另一側(cè)旋轉(zhuǎn)切線速度與流動速度相反，故流速較小，壓強較大。在其兩側(cè)壓差作用下，渦體將由一層轉(zhuǎn)到另一層。浙江大學(xué)本科生課程8第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)三、雷諾方程及湍流應(yīng)力

如果采用速度和壓力的瞬時值，則連續(xù)性方程和N-S方程對于湍流仍然成立。但由于湍流運動的特性尺寸均很小，在求方程的數(shù)值解時必須將求解區(qū)域劃分成很細的網(wǎng)格，目前計算機的儲存量和計算時間還不能做到。故常將連續(xù)性方程和N-S方程時均化。由此得到的方程組稱為雷諾方程。連：N-S方程：浙江大學(xué)本科生課程9第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)浙江大學(xué)本科生課程10第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)時均化后，產(chǎn)生雷諾應(yīng)力項。如何解決雷諾應(yīng)力與時均速度的關(guān)系，就出現(xiàn)了許多湍流數(shù)值模型。------雷諾方程浙江大學(xué)本科生課程11第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7流速、流量的測量1.7.1變壓頭流量計1、測速管：又稱皮托（Pitot）管變壓頭流量計變截面流量計測速管孔板流量計文丘里流量計浙江大學(xué)本科生課程12第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)測umax平均速度流量1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程13第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程14第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計2．孔板流量計結(jié)構(gòu)浙江大學(xué)本科生課程15第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計測量原理：浙江大學(xué)本科生課程16第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程17第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程18第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程19第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)點：構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便缺點：機械能損失（稱之為永久損失）大當(dāng)d0/d1=0.2時，永久損失約為測得壓差的90%，常用的d0/d1=0.5情形下，永久損失也有75%。安裝時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為10d1，下游為5d1

1.7.1變壓頭流量計使用注意事項：浙江大學(xué)本科生課程20第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程21第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)總結(jié)：變壓頭流量計的特點是文丘里流量計的缺點：加工比孔板復(fù)雜，因而造價高，且安裝時需占去一定管長位置，優(yōu)點：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的輸送。1.7.1變壓頭流量計浙江大學(xué)本科生課程22第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.7.2變截面流量計浙江大學(xué)本科生課程23第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)pA測量原理：先按理想流體推導(dǎo)，此時摩擦力為零。浙江大學(xué)本科生課程24第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)考慮到實際轉(zhuǎn)子不是圓柱狀、流體非理想，將上式加一校正系數(shù)