化工原理上1.3 流动阻力.ppt

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1、1-4流体流动阻力本节内容：∑R的产生、计算方法流动阻力产生的原因：外因---流体流动内因---流体具有粘性(粘度)1-4-1流体的粘性和牛顿粘性定律一、剪切力（粘滞力、内摩擦力）uF0xu=0yYdudy平板间的流体剪应力与速度梯度剪切力：相邻两层流体作相对滑动时，(表面力)产生一对大小相等、方向相反的切向力，以阻止发生变形。剪应力：单位面积上所受的剪切力。uF0xu=0yYdudy平板间的流体剪应力与速度梯度剪应力的存在表明：1）真实流体具有粘性；2）流体运动时，内部产生内摩擦力(剪应力)，造成流体阻力损失；

2、3）流体与其相接触的固体壁面间存在摩擦力，影响流体流动。τ：剪应力，Paη：粘度（动力粘度）,Pa.sdu/dy：法向速度梯度，1/s表明：流体层间产生的剪应力与法向速度梯度成正比,与压力无关。适用：仅于牛顿型、层流流体(η与du/dy无关)二、牛顿粘性定律（实验定律，P10）uF0xu=0yYdudy平板间的流体剪应力与速度梯度静止流体,理想流体的流动阻力？提出问题?静止流体---体现不出粘度和流动阻力理想流体---没有流动阻力粘度为0(η=0)du/dy=01、粘度是流动阻力产生的内因2、粘度是流体的一个物性

3、参数*数值---实验测定，手册查取一般讲，液体η>>气体η*影响因素---η=f(T,P)P：压力很高或很低时才有影响T：气体--T↑，η↑；液体--T↑，η↓。三、流体的粘度混合物粘度按经验规则确定(书P11)(5)混合物的粘度--按经验规则确定(书P11)按一定混合规则进行加和对于分子不聚合的混合液可用下式计算常压下气体混合物的粘度，可用下式计算说明：不同流体的粘度差别很大。例如：在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度分别为：空气＝17.9×10-6Pas，ν＝

4、14.8×10-6m2/s水＝1.01×10-3Pas，ν＝1.01×10-6m2/s甘油＝1.499Pas，ν＝1.19×10-3m2/s3、粘度的常用表示法*(动力)粘度η*运动粘度（动量扩散率）：组合物性，在传递过程中常用单位及换算非牛顿型不服从牛顿粘性定律曲线不过原点或τ-du/dy非线性ηa：表观粘度如：高分子溶液，胶体等牛顿型服从牛顿粘性定律如：气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体4、流体按粘度分类牛顿型流体非牛顿型流体粘塑性流体假塑性流体胀塑性流体D特点：剪切变稠如：胶体B特点：剪切变稀油漆、高分子

5、化合物等C一定屈服应力后，牙膏、纸浆、污泥非牛顿型流体0du/dyτ粘塑性流体假塑性流体胀塑性流体CBADA-牛顿流体；B-假塑性流体；C-宾汉塑性流体；D-胀塑性流体；牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系1）爬杆现象2）无管虹吸3）减阻效应(汤姆斯效应)非牛顿型流体的几种特殊现象1-4-2流体流动类型1、雷诺实验（1883年英国Reynolds）装置：稳态流动系统目的：测流型稳定流型：层流湍流不稳定流型：过渡流DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验2、流动类型湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动特征：流体质点的脉

6、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、划分流型的意义指导传递过程（动量、热量、质量传递）例：1）对传递过程影响层流：分子扩散，传递速度慢湍流：分子扩散+涡流扩散，传递速度快2）分析流动阻力层流：流体粘滞力（牛顿粘性定律适用）湍流：总阻力=粘性阻力+湍流阻力牛顿粘性定律不适用3）指导工业生产过程湍流时传热、传质，代价：工业上，传递阻力↓↓，强化过程。流动

7、阻力↑↑，动力消耗↑。综合考虑，找到最经济、最优化的方案。4、影响流型的因素流型=f（物性、流速、壁面几何尺寸）壁面几何尺寸：管道---直径d平壁---壁面长度L物性：ρ---η---流速：判据：（圆形直管中的流动）层流湍流过渡流(不稳定)5、流型判据问题：是否流速大，湍流；流速小，层流？单位：无因次数群，使用时注意各参数单位统一物理意义：惯性力与粘性力的比值雷诺数(Reynolds)（1）剪应力分布（适用于层流和湍流）1.4.3直圆管内流体的流动目的：研究流速分布、剪应力分布稳态流动:整理得：——适用于层流或湍

8、流ldrRuyτ流体在圆管中速度分布曲线的推导p1p2h1h2剪应力分布τmax（2）层流的速度分布流体在圆管内分层流动示意图可见，层流流动的速度分布为一抛物线；壁面处速度最小，uR=0管中心处速度最大或Re≤2000uumaxd层流时流体在圆管中的速度分布1、层流流动1）剪应力τ分布（P34）线性分布r=R(壁面)，r=0(管中心)，1-4-3圆直管内流体的流动目的：研