大学课件 化工原理上 第1章 流动4.ppt

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1、小结1.实际流体流动的机械能衡算式①适用条件重力场中，连续稳定流动的不可压缩流体②应用（1）依题意画出流程示意图，标明流动方向；（2）选取适当截面，与流向垂直；截面的选取应包含待求的未知量和尽可能多的已知量，如大截面、敞开截面；（3）式中各项的单位相同；（4）基准一致，压力基准，位头基准；（5）流速使用所选截面上平均速度③有效功率Pe与效率2.牛顿粘性定律①流体的粘度SI单位制：1cp=10-3Pa.s实验测定③运动粘度m2/s②影响因素P：压力很高或很低时才有影响T：气体--T↑，η↑液体--T↑，η↓牛顿型流体非

2、牛顿型流体1.4.2流体流动的类型---层流及湍流1、雷诺试验1883年,英国物理学家OsboneReynolds作了如下实验。DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验2、雷诺试验现象两种稳定的流动状态：层流、湍流用红墨水观察管中水的流动状态(a)层流(b)过渡流(c)湍流湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动特征：流体质点的脉动层流：*流体质点做直线运动*流体分层流动，层间不相混合、不碰撞*流动阻力来源于层间粘性摩擦力过渡流：不是独立流型（层流+湍流），流体处于不稳定状态（易发生流型转变）生产中，一般避免过渡流型下操作3、实验

3、分析（1）影响状态的因素：d,u,ρ,ηRe是无因次数群：（2）圆形直管中Re≤2000稳定的层流Re≥4000稳定的湍流2000＜Re＜4000不稳定的过渡流ldrh1（1）剪应力分布1.4.3直圆管内流体的流动(研究剪应力分布、流速分布)稳态流动整理得：——适用于层流或湍流Ruy¦h2p2流体在圆管中速度分布曲线的推导p1ldrh1稳态流动Ruy¦h2p2p1——适用于层流或湍流（2）层流的速度分布层流时剪应力分布可见，层流流动的速度分布为一抛物线；壁面处速度最小，0管中心处速度最大※圆管内层流流动时的几个重

4、要关系①uav和umax因此动能校正因子②壁面剪应力与平均流速间的关系故：（3）湍流条件的速度分布和剪应力①湍流描述主要特征：质点的脉动瞬时速度=时均速度+脉动速度涡流粘度，与流动状态有关湍流时较常见的情况,当Re处于1.1105~3.2106之间时，指数此时动能校正因子获得方法：实测、经验公式②速度分布书P39图1.4.12：给出算图，查取平均流速纵坐标：横坐标：求平均流速的方法1、速度分布未知2、速度分布已知1.4.4边界层概念1、流动边界层（1）边界层的形成条件流动实际流体流过固体表面（2）形成过程流体流经

5、固体表面由于粘性，接触固体表面流体的流速为零附着在固体表面的流体对相邻流层流动起阻碍作用，使其流速下降对相邻流层的影响，在离开壁的方向上传递，并逐渐减小最终影响减小至零，当流速接近或达到主流流速时，速度梯度减少至零u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层（3）流动边界层流体的速度梯度主要集中在边界层内，边界层外，du/dy≈0向壁靠近，速度梯度增大(du/dy)max≈∞湍流边界层中，速度梯度集中在层流底层（4）流动边界层的发

6、展平板上：流体最初接触平板时，x=0处，u0=0δ=0随流体流动，x增加，δ增加（层流段）随边界层发展，x增加，δ增加。质点脉动，由层流向湍流过渡。转折点距端点处为x0充分发展：x>x0，发展为稳定湍流u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层u∞u∞u∞层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层层流：湍流：转折点：边界层随x增加而δ增厚u∞uu∞∞uu∞x0δδδd圆管进口处层流边界层的发展圆形管中：测量点必须选在进口段x0以后，通常取x0=（50-100）d0Xo以后为充分发展

7、的流动层流湍流不管层流还是湍流，边界层厚度等于半径①当流速较小时流体贴着固体壁缓慢流过（爬流）（5）流动边界层的分离流体绕固体表面的流动②流速不断提高，达到某一程度时，边界层分离③边界层分离的条件▲逆压梯度；▲壁面附近的粘性摩擦④边界层分离对流动的影响边界层分离--大量旋涡--消耗能量--增大阻力。由于边界层分离造成的能量损失，称为形体阻力损失。边界层分离使系统阻力增大减小或避免边界层分离的措施调解流速，选择适宜的流速改变固体的形体。如汽车、飞机、桥墩都是流线型1.4.5流体流动阻力计算（1）流体阻力的表示方法对应于

8、机械能衡算的三种形式，流体阻力损失亦有三种表达形式:阻力损失与压力差的区别：△Pf——流体流经两截面间的机械能损失；△P——任意两点间的压力差。kJ/kgmPa二者之间的关系：当We=0,△z=0,△u=0时：管路中的流动阻力=直管阻力+局部阻力直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生局部阻力：由于速度的大小或方向的改变而引起（2）圆形直管内的