2-管内液体流动现象.pptx

1、一、流动阻力产生的原因,流动性：,气体 液体,粘 性：,甘油 水,甘油 水,甘油,水,气体 液体,流动流体在管内速度分布,管中心处：,愈近壁处：,管壁处：,即：流体层之间存在速度差异，,u大,u小,使u小 ,使u大 ,两力,大小相等方向相反,内摩擦力：运动流体内部相邻两流体层间的相互,作用力,umax,u ,u 0,发生相对运动：,速度沿管截面的变化,注：内摩擦力是一种剪力,流体在流动时产生内摩擦力的性质,小结：,流体流动,因粘性,产 生,内摩擦力,流动阻力,消耗机械能,能量损失hf, 流体的粘性,二、牛顿粘性定律,平板间流体速度分布,实验证明：,剪应力,当流体在圆形管道内流动时：,圆形管道内

2、流速分布,式中：, 速度梯度, 流动方向的速度变化率,科学家简介,爱好读书，对自然现象有好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。,经典物理学大师 牛顿(Isaac Newton) 16431727,出生于英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方,又一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现；,他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动

3、滴水到他的脸上，催他起床。,牛顿趣事：,是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动；,主要贡献：,1. 对光学的三大贡献,发现白光是由各种不同颜色的光组成的（23岁）,制成了第一架反射望远镜样机（24岁） 奠定了现代大型光学天文望远镜的基础,提出光的“微粒说”（33岁），认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器,2. 建立微积分,他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理（23岁）,微分概念的提出：,可以把任意时刻的速度看成是在微小的时间范围

4、里的速度的平均值，这就是一个微小的路程和时间间隔的比值，当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候，就是这一点的准确值。这就是微分的概念,一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程，可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和，这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发，建立了微积分,微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就,求微分相当于求时间和路程的关系在某点的切线斜率,积分概念的提出：,3. 构筑力学大厦,牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。,牛顿1687年发表了以水为工作介质

5、的一维剪切流动的实验结果,单位面积上产生内摩擦力的大小, 粘性系数或动力粘度，简称粘度,度量流体粘性大小的物理量,说明：, 的物理意义：,注：流体的粘性仅在流动时才表现出来。,粘性 ，,数值, = , 的单位：,CGS制中为：,= Pas,cp ( 厘泊 ),p ( 泊 ),1Pas = 1000cp,1 p = 100cp, 影响 的因素：,液体：T ,气体：T ，,同一条件下：, ,气 液,三、流体流动类型,1. 雷诺(Osborne Reynolds)实验,目的：,考察各种因素对流动状态的影响,观察流体流动时内部质点运动情况,雷诺实验装置,层 流,湍 流,雷诺实验装置：,已知：d、，改变

6、 u,层流,过渡区,湍流,u 再大：,质点作无规则脉动,其它条件不变：,结论：,将引起流体流动类型变化,d、u、,u变化，,影响流体流动类型的因素：,2. 流动类型的判据 雷诺数Re,（1）准数的特征：, 无因次；, 有一定的物理意义。,（2）判断流型,Re 2000,2000 Re 4000,Re 4000,层 流,过渡区,湍 流,四、流体在圆形管道内的速度分布,1. 层流,作受力分析：,左端面：,右端面：,表面,（内摩擦力）：,注：,u,为负,p1 r2,p2 r2,F/ = 2 rl,从 r = 0, r = R,R,l,p2,p1,r,F /,流体做恒速运动，则,积分：,r 处：,管中

7、心处：,r = 0,平均流速：,dr,r,则：,Hagan -Poiseuille方程,2. 湍流,注：流体作湍流流动时，存在：,主体 湍流,过渡区,近壁处,存在速度梯度, 流动边界层,boundary layer, 层流底层,laminar suber-layer,存在速度梯度,u平 = 0.8umax,1,1,2,2,A,B,3,P7 26,1,1,2,2,u3,求,求,求,He,3,科学家简介,(Osborne Reynolds 18421912),德国力学家、物理学家、工程师,1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特,早年在工场做技术工作，1867年毕业于剑桥大学王后学院。1868年起任曼彻斯特欧文学院工程学教授，1877年当选为皇家学会会员。1888年获皇家奖章,主要贡献：,流体力学方面发现流动的相似律，引入表征流动中