浙大化工原理窦梅老师

1/31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：第四节管内流体流动现象第1页/共30页第一页，共31页。2/31非牛顿型流体第四节管内流体流动现象第2页/共30页第二页，共31页。3/31雷诺数雷诺实验层流或滞流laminarflow湍流或紊流turbulentflow两种流动型态二、流体流动类型与雷诺准数第四节管内流体流动现象第3页/共30页第三页，共31页。4/31直管内流动时，Re2000层流

Re=20004000过渡区

Re>4000湍流第四节管内流体流动现象第4页/共30页第四页，共31页。5/31三、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

(a)层流p1p2lR（1）速度分布方程：如右图，当力平衡时有p1A=p2A

+A侧

p1r2

=p2r2

+2rl第四节管内流体流动现象第5页/共30页第五页，共31页。6/31代入边界条件：r=R时，v=0r=0时，v=vmax若管子倾斜放置：其中：第四节管内流体流动现象第6页/共30页第六页，共31页。7/31（2）流量V、平均速度u和动能Rrr+drdV=

vdA=2rvdr第四节管内流体流动现象第7页/共30页第七页，共31页。8/31Rrr+dr单位时间流过环隙的质量：dV=vdA=2vrdr

单位时间流过环隙的动能：

dE动=dVv2/2=v3rdr

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第8页/共30页第八页，共31页。9/312。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Re≤105时,v=vmax[1-r/R]1/7通用形式:v=vmax[1-r/R]1/nn在610间变化,

Ren(3)湍流时流量V、平均速度u和动能

流量若用v=vmax[1-r/R]1/7表示，则有平均流速动能第四节管内流体流动现象第9页/共30页第九页，共31页。10/313。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第10页/共30页第十页，共31页。11/31（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第11页/共30页第十一页，共31页。12/31（2）边界层的形成和发展

第四节管内流体流动现象第12页/共30页第十二页，共31页。13/31第四节管内流体流动现象第13页/共30页第十三页，共31页。14/31（3）边界层分离第四节管内流体流动现象第14页/共30页第十四页，共31页。15/31第四节管内流体流动现象第15页/共30页第十五页，共31页。16/31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因素缺一不可。ADS第四节管内流体流动现象第16页/共30页第十六页，共31页。17/311.5

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第17页/共30页第十七页，共31页。18/31dlhwfrt4=由受力的平衡得：由机械能衡算得：引入阻力系数：第五节流体流动阻力第18页/共30页第十八页，共31页。19/31长径比，无因次动能摩擦因数------直管摩擦损失计算通式（范宁公式）第五节流体流动阻力第19页/共30页第十九页，共31页。20/31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第20页/共30页第二十页，共31页。21/31（1）层流时的（2）湍流时的主要依靠实验研究，（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、湍流区和完全湍流区（阻力平方区）第五节流体流动阻力第21页/共30页第二十一页，共31页。22/31第五节流体流动阻力第22页/共30页第二十二页，共31页。23/31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第23页/共30页第二十三页，共31页。24/31几个粗糙管内湍流经验公式：第五节流体流动阻力第24页/共30页第二十四页，共31页。25/31仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但需引入当量直径。

用其本身特定公式计算三、非圆形管内的流动阻力第五节流体流动阻力第25页/共30页第二十五页，共31页。26/31

由于流动突然发生变化而产生涡流，从而导致形体阻力。小管的四、局部阻力第五节流体流动阻力第26页/共30页第二十六页，共31页。27/31突然扩大和突然缩小第五节流体流动阻力第27页/共30页第二十七页，共31页。28/31总结：管路系统的总阻力损失为管出口弯管阀门管入口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，其大小为，但2-2面的动能为零。22u222u2第五节流体流动阻力第28页/共30页第二十八页，共31页。29/31减小阻力的措施：改善固壁对流动的影响：减小管壁粗糙度，防止或推迟流体与壁面的分离加极少量的添加剂，影响流体运动的内部结构。第五节流体流动阻力第29页/共30页第二十九页，共31页。30/31感谢您的观看！第30页/共30页第三十页，共31页。内容总结1/31。由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计