浙大化工原理课件窦梅老师第一章2.ppt

1、1/31,1.4 管内流体流动现象 一、粘度 二、流体流动类型与雷诺准数 三、流体在圆管内的速度分布,1.5 流体流动阻力 一、阻力损失的计算通式 二、流体流动摩擦阻力的计算 三、非圆形管内的流动阻力 四、局部阻力,第一章 流体流动,2/31,1.4 管内流体流动现象,第四节 管内流体流动现象,内容： 流体流动产生能量损失的原因 流体在管内流动的状态及影响因素,一、粘度 1。牛顿粘性定律,内摩擦力产生的原因还可以从动量传递角度加以理解:,3/31,物理意义：衡量流体粘性大小的一个物理量,单位：,获取方法：属物性之一， 由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。,影响因素：,粘度：,第四节

2、管内流体流动现象,4/31,非牛顿型流体,第四节 管内流体流动现象,5/31,雷诺数,雷诺实验,二、流体流动类型与雷诺准数,第四节 管内流体流动现象,6/31,直管内流动时，Re2000 层流 Re=20004000 过渡区 Re4000 湍流,第四节 管内流体流动现象,7/31,三、流体在圆管内的速度分布,1。流体在圆管内层流时的速度分布,稳定流动时速度分布的形状,（1）速度分布方程： 如右图，当力平衡时有 p1A = p2A + A侧, p1 r2 = p2 r2 + 2 rl,第四节 管内流体流动现象,8/31,代入边界条件：r =R 时，v = 0 r= 0 时，v = vmax,若管

3、子倾斜放置：,第四节 管内流体流动现象,9/31,（2）流量V、平均速度u 和动能,dV = vdA = 2 rvdr,第四节 管内流体流动现象,10/31,单位时间流过环隙的质量： dV = vdA = 2 v r dr,单位时间流过环隙的动能： dE动= dVv2/2 = v3 r dr,单位时间流过整个截面的动能： E动=,单位时间单位质量流体的动能：,第四节 管内流体流动现象,11/31,2。流体在圆管内的湍流时速度分布,(1)稳定流动时湍流分布的形状,其形状与Re的大小有关 Re 湍流程度加剧顶部越平坦,(2)湍流速度分布方程,一般在Re105时, v = vmax1-r/R1/7

4、通用形式:v = vmax1-r/R1/n n在610间变化, Re n ,(3)湍流时流量V、平均速度u 和动能,流量 若用v = vmax1-r/R1/7表示，则有 平均流速 动能,第四节 管内流体流动现象,12/31,3。关于动能的讨论,前面所推导的能量衡算式： 事实上，对层流应为u2，对湍流应为0.53u2. 但由于动能项在各项能量的总和中所占的比例往往很小，因此，机械能衡算式中的动能项仍取为u2/2，所引起的误差一般可忽略不计。,4。边界层简介,1904年，普兰特（近代流体力学的奠基人）凭他丰富的经验和物理直觉，提出了著名的边界层理论。他在海德贝尔格的数学年会上宣读了“具有很小摩擦的

5、流体运动”，证明了绕固体的流动可以分为两个区域，一是物体附近很薄的一层(边界层)，其中摩擦起着主要的作用；二是该层以外的其余区域，这里摩擦可以忽略不计。,第四节 管内流体流动现象,13/31,（1）边界层概念,普兰特边界层理论的主要内容：,(1)紧贴壁面非常薄的一层，该薄层内速度梯度很大，这一薄层称 边界层,第四节 管内流体流动现象,14/31,（2）边界层的形成和发展,第四节 管内流体流动现象,15/31,第四节 管内流体流动现象,16/31,（3）边界层分离,第四节 管内流体流动现象,17/31,第四节 管内流体流动现象,18/31,流线型,边界层分离的必要条件是：逆压、流体具有粘性这两个

6、因素缺一不可。,A,D,S,第四节 管内流体流动现象,19/31,1.5 流体流动阻力,内容： 流体流动产生能量损失的计算方法,一、阻力损失的计算通式,hf 的计算目前主要靠经验式,hf 分为两类：,机械能衡算方程,第五节 流体流动阻力,20/31,由机械能衡算得：,第五节 流体流动阻力,21/31,-直管摩擦损失 计算通式 （范宁公式）,第五节 流体流动阻力,22/31,圆管内层流时，由牛顿粘性定律可知：,二、流体流动摩擦阻力的计算,第五节 流体流动阻力,23/31,主要依靠实验研究，,（3）的图解求法,以Re、 /d 为自变量，以为因变量作图，可把整个区域分为四个区：层流区、过渡区、湍流区

7、和完全湍流区（阻力平方区）,第五节 流体流动阻力,24/31,第五节 流体流动阻力,25/31,使用时注意经验式的适用范围,几个光滑管内湍流经验公式：,第五节 流体流动阻力,26/31,几个粗糙管内湍流经验公式：,第五节 流体流动阻力,27/31,三、非圆形管内的流动阻力,第五节 流体流动阻力,28/31,由于流动突然发生变化而产生涡流，从而导致形体阻力。,四、局部阻力,第五节 流体流动阻力,29/31,突然扩大和突然缩小,第五节 流体流动阻力,30/31,总结： 管路系统的总阻力损失为,2-2面取在出口内侧时，hf中应不包括出口阻力损失，但,2-2面取在出口外侧时，hf中应包括出口阻力损失，其大