chap14(流体流动的内部结构)

1、作业( 80)1雷诺准数Re=du（无因次数群，推导）Re2000 稳定的层流 4000 湍流20004000 过渡区（生产操作中，Re3000，可视作湍流）Re=du=Re=du=Re=dG =u2(ud)惯性力粘性力 对流动量传递/分子动量传递当惯性力占主导地位时，Re较大，湍流程度大； 当粘滞力占主导地位时，Re较小，将抑制流体的流动。 23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Osbone Reynolds作了如下实验。DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验42、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5湍

2、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。63、实验分析（1）影响状态的因素： d , u , ，Re是无因次数群： （2）圆形直管中 Re2000 稳定的层流 Re 4000 稳定的湍流2000 Re 4000 不稳定的过渡流74.层流和湍流的区别 判据：Re2000 稳定的层流 Re4000 湍流特征（质点的运动方式不同） 层流：流体沿管轴作有规则的平行线状流动，

3、 各质点互不碰撞，互不混合。 湍流：总体轴向流动+径向随机波动。质点作 不规则的杂乱 运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。 湍流质点的横向脉动和时均化 ：在湍动流体中，质点不断相互混杂（旋涡-能直接观测到），从而发生动量交换，使得各个质点的运动速度不论在大小和方向上都随时而变。瞬时速度的变化虽不规则，但又都围绕某一个平均值波动，这种现象称为“速度的脉动”，湍流流体的其它许多物理量，如：压强，传热时的温度，传质时的浓度也同样有脉动现象。横向脉动大大加强了动量，质量和热量的传递。（整体上为稳定的流动，任一点，不稳定） 8流体在圆管内的速度分布及平均速度不同 层流：抛物线分布， u=umax1-(

4、r/R)2湍流：由于质点强烈混合，截面上靠管中心部分各点速度彼此扯平，速度分布较均匀，靠管壁处，u较小，有一个滞流流动的薄层-滞流内层。u/umax=f(Re)=f(Remax) pg62流体在直管内的阻力损失不同 层流：符合牛顿粘性定律，阻力来自流体本身粘性引起的内摩擦。 湍流：流体质点的剧烈脉动，碰撞和动量交换，产生了附加阻力-湍流应力。涡流粘度，不是物性，不可测，单位与同 层流和湍流的区别 91.4.2 湍流的特点101.4.3 边界层及边界层理论一、边界层概念及普兰特边界层理论uu uX011x边界层的发展层流边界层过渡区湍流边界层12边界层umaxLe充分发展的流动(a)层流边界层

5、Le充分发展的流动(b)湍流圆管内边界层的发展13 当流速较小时 流体贴着固体壁缓慢流过，（爬流）三、边界层分离现象 (Boundary layer separation)流体绕固体表面的流动： 流速不断提高，达到某一程度时，边界层分离14边界层分离现象 (Boundary layer separation)倒流 分离点u0 D ACCBxAB：流道缩小，顺压强梯度，加速减压BC：流道增加，逆压强梯度，减速增压CC以上：分离的边界层CC以下：在逆压强梯度的推动下形成倒流，产生大量旋涡15三、边界层分离现象 (Boundary layer separation)16边界层分离现象 (Boundary layer separation)流体流过管束流体流过圆管17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，