流體阻力管內(nèi)流體流動現(xiàn)象

流體阻力管內(nèi)流體流動現(xiàn)象第1頁/共29頁21.3流體阻力——管內(nèi)流體流動現(xiàn)象1.3.1流體的粘度

1.3.2流體的流動型態(tài)

1.3.3流體在圓管內(nèi)的速度分布第2頁/共29頁3流體阻力流體流動時會遇到阻力，簡稱為流體阻力。流體阻力的大小與流體的粘度以及其他因素有關(guān)。思考：生活中你對粘度的大小有體會嗎？可舉例說明嗎？第3頁/共29頁4一、流體粘度（一節(jié)課）1、流體阻力的表現(xiàn)和來源（1）表現(xiàn)看圖1-1流體阻力的觀察思考：為什么1和2兩處上升液面高度不同，說明了什么？用柏努利方程來解釋它（2）來源A、內(nèi)摩擦力B、流動狀況C、管壁粗糙程度和管子的長度，直徑動畫播放第4頁/共29頁5一、流體粘度2、牛頓粘性定律

或Fuu＋dudy式中：F——內(nèi)摩擦力，N；

τ——剪應(yīng)力，Pa；

——法向速度梯度，1/s；μ——比例系數(shù)，稱為流體的粘度，Pa·s。

第5頁/共29頁6牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓粘性定律的流體；非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。

2、流體的粘度

（動力粘度）粘度的物理意義

流體流動時在與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。第6頁/共29頁7液體:T↑→↓氣體:一般T↑→↑超高壓p↑→↑粘度的物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運動與碰撞。粘度的單位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）換算關(guān)系1cP＝10-3Pa·s思考：有何應(yīng)用？第7頁/共29頁8運動粘度

粘度μ與密度ρ的之比。m2/s第8頁/共29頁9二、流體的流動類型1、雷諾實驗播放視頻第9頁/共29頁10層流（或滯流）：流體質(zhì)點僅沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點無徑向脈動，質(zhì)點之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質(zhì)點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點的速度在大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點互相碰撞和混合。2、流型判據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)

無因次數(shù)群證明第10頁/共29頁11判斷流型Re≤2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re≥4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000<Re<4000

時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。物理意義

Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動的湍動程度。

第11頁/共29頁12實踐例題講題：1-12課堂練習(xí)：見下頁當(dāng)量直徑的概念：第10題密度為800kg/m3,粘度為2.3*10-3Pa.s的液體，以18m3/h流量通過內(nèi)徑為25mm的圓管。試判斷管中流體的流動類型。見26頁第12頁/共29頁13課堂練習(xí)有一內(nèi)徑為25mm的水管，如管中流速為1.0m/s，水溫為20℃。求：（1）管道中水的流動類型；（2）管道內(nèi)水保持層流狀態(tài)的最大流速。

第13頁/共29頁14第14頁/共29頁153流體在圓管內(nèi)的速度分布速度分布：流體在圓管內(nèi)流動時,管截面上質(zhì)點的速度隨半徑的變化關(guān)系。

（1）、層流時的速度分布

第15頁/共29頁16管中心流速為最大，即r＝0時，＝umax

管截面上的平均速度:即層流流動時的平均速度為管中心最大速度的1/2。

即流體在圓形直管內(nèi)層流流動時，其速度呈拋物線分布。第16頁/共29頁17二、湍流時的速度分布

剪應(yīng)力：e為湍流粘度，與流體的流動狀況有關(guān)。

湍流速度分布的經(jīng)驗式：第17頁/共29頁18n與Re有關(guān)，取值如下：

1/7次方定律當(dāng)時，流體的平均速度:第18頁/共29頁191.3.4流體流動邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展

流動邊界層：存在著較大速度梯度的流體層區(qū)域，即流速降為主體流速的99％以內(nèi)的區(qū)域。邊界層厚度：邊界層外緣與壁面間的垂直距離。第19頁/共29頁20流體在平板上流動時的邊界層：

第20頁/共29頁21邊界層區(qū)（邊界層內(nèi)）：沿板面法向的速度梯度很大，需考慮粘度的影響，剪應(yīng)力不可忽略。主流區(qū)（邊界層外）：速度梯度很小，剪應(yīng)力可以忽略，可視為理想流體。第21頁/共29頁22邊界層流型：層流邊界層和湍流邊界層。層流邊界層：在平板的前段，邊界層內(nèi)的流型為層流。湍流邊界層：離平板前沿一段距離后，邊界層內(nèi)的流型轉(zhuǎn)為湍流。

第22頁/共29頁23流體在圓管內(nèi)流動時的邊界層

第23頁/共29頁24充分發(fā)展的邊界層厚度為圓管的半徑；進(jìn)口段內(nèi)有邊界層內(nèi)外之分。也分為層流邊界層與湍流邊界層。進(jìn)口段長度：層流：湍流：第24頁/共29頁25湍流流動時：第25頁/共29頁26湍流主體：速度脈動較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動而大大強化；過渡層：分子粘度與湍流粘度相當(dāng)；層流內(nèi)層：速度脈動較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運動?！獙恿鲀?nèi)層為傳遞過程的主要阻力Re越大，湍動程度越高，層流內(nèi)層厚度越薄。第26頁/共29頁272.邊界層的分離ABS第27頁/共29頁28A→C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減?。槈禾荻龋?；C→S：流道