化工原理第一章流体流动课件.ppt

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1、剪应力：e为湍流粘度，与流体的流动状况有关。湍流速度分布的经验式：湍流时的速度分布7/30/20211n与Re有关，取值如下：1/7次方定律当1/7次方定律时，流体的平均速度:7/30/20212流体流动边界层一、边界层的形成与发展流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，即流速降为主体流速的99％以内的区域。边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。7/30/20213流体在平板上流动时的边界层：7/30/20214边界层区（边界层内）：沿板面法向的速度梯度很大，需考虑粘度的影响，剪应力不可忽略。主流区（边界层外）：速度梯度很小，剪应力可以忽略，可视为理想流体。7/30/202

2、15边界层流型：层流边界层和湍流边界层。层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型转为湍流。7/30/20216流体在圆管内流动时的边界层7/30/20217充分发展的边界层厚度为圆管的半径；进口段内有边界层内外之分。也分为层流边界层与湍流边界层。进口段长度：层流：湍流：7/30/20218湍流流动时：7/30/20219湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化；过渡层：分子粘度与湍流粘度相当；层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。——层流内层为传递过程的主要阻力Re越大

3、，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。7/30/2021102.边界层的分离ABS7/30/202111A→C：流道截面积逐渐减小，流速逐渐增加，压力逐渐减小（顺压梯度）；C→S：流道截面积逐渐增加，流速逐渐减小，压力逐渐增加（逆压梯度）；S点：物体表面的流体质点在逆压梯度和粘性剪应力的作用下，速度降为0。SS’以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来，形成涡流，出现边界层分离。7/30/202112边界层分离的后果：产生大量旋涡；造成较大的能量损失。边界层分离的必要条件：流体具有粘性；流动过程中存在逆压梯度。7/30/202113流体流动阻力直管阻力局部阻力7/30/2021141.

4、4流体流动阻力直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。1.4.1直管阻力一、阻力的表现形式7/30/202115流体在水平等径直管中作定态流动。7/30/202116若管道为倾斜管，则流体的流动阻力表现为静压能的减少；水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。7/30/202117二、直管阻力的通式由于压力差而产生的推动力：流体的摩擦力：令定态流动时7/30/202118——直管阻力通式（范宁Fanning公式）其它形式：——摩擦系数（摩擦因数）则J/kg压头损失m压力损失Pa该公式

5、层流与湍流均适用；注意与的区别。7/30/202119三、层流时的摩擦系数速度分布方程又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程7/30/202120能量损失层流时阻力与速度的一次方成正比。变形：比较得7/30/202121四、湍流时的摩擦系数1.因次分析法目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。基础：因次一致性即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。7/30/202122基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N＝（n－m）个独立

6、的无因次数群表示。湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：，（2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流动条件：u7/30/202123物理变量n＝7基本因次m＝3无因次数群N＝n－m＝4无因次化处理式中：——欧拉（Euler）准数即该过程可用4个无因次数群表示。7/30/202124——相对粗糙度——管道的几何尺寸——雷诺数根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即或7/30/202125莫狄（Moody）摩擦因数图：7/30/202126（1）层流区（Re≤2000）λ与无关，与Re为直线关系，即,即与u的一次方成正比。（2）过渡区（2000

7、湍流时的曲线延伸查取λ值。（3）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域）7/30/202127（4）完全湍流区（虚线以上的区域）λ与Re无关，只与有关。该区又称为阻力平方区。一定时，经验公式：（1）柏拉修斯（Blasius）式：适用光滑管Re＝5×103～105（2）考莱布鲁克（Colebrook）式7/30/2021282.管壁粗糙度对摩擦系数的影响光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。绝对粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度：绝