矿大北京化工原理02流体流动-3绪论.ppt

∵管心处umax,且其附近速度趋于一致 ∫（R2-r2）rdr （R2r2/2-r4/4）|RR4/4 边界层界面处的流速0.99主流体的流速。流动边界层厚度? 。// xc——临界距离 x到平板前缘的距离：us流体主体的速度。部分静压能 动能流动阻力 umax pmin 动能 静压能流动阻力 u0 pc,maxpA 过渡流——无此流型，在呈现滞流的时候加外力或震动而呈现湍流。 * 中国矿业大学（北京） 第三节 流体的流动现象1-3-1 牛顿粘性定律与流体的粘度 一、牛顿粘性定律流体在运动的情况下，自身存在一种抗拒流 动的粘性。流体充在两平板间： ?y ?u y u u0流体被分成无数平行板面的流体薄层 流体薄层间由于粘性产生摩擦力 ? 流动阻力遵循1-26/a ?与 du /dy 成一次方 关系的流体流动规律——牛顿粘性定律。 当流体在圆形管道内流动时 ； 引入一个比例系数 ? ，则 ： 摩擦力 1-26 或 1-26a dy du r→0 y u 流体流速变化率为 二、流体的粘度 由1-26a——流体的粘度，物理意义：使流体流动产生单位速度梯度du/dy的剪应力?。当粘度一定时，du/dy越大的部位? 也越大。 ? 只在流体流动时才显示其影响。是流体的物性之一，但气体与液体随T, P的表现不同。TP 气体 T↑→?G↑ P↑→?G ↑ 液体 T↑→?L↓—SI中是Pa.s；在其它单位制中用得较多的是 cp 厘泊，1 cp 0.001 Pa.s 或 1 mPa.s 。： ——运动粘度，[m2/s] ①常压气体混合物的粘度 ②分子不缔合的液体混合物的粘度 1-28 同T mol% 1-29 [?]： 混合物的粘度： 2.经验公式 1.实验数据； 1-3-2 非牛顿型流体牛顿型流体——服从牛顿粘性定律的流体，包括了所有的气体和大多数液体。 粘弹性~ 触变性~ 流凝性负触变性~ 与时间有关 与时间无关 有屈服应力—宾汉塑性~ 涨塑性~ 无屈服应力 粘性~ 非牛顿 型流体 @ 非牛顿型流体 假塑性~ 详见p15 1-3-3 流动类型与雷诺准数 实验内容：1. 不同流速下流体的流动状态; 2. 不同流速下流体的速度分布实地观察。 流动类型 实验时，高位槽充水并保持溢流， 开启管路上的阀门有较小流速；开墨水阀门， 使针尖流出的墨水线尽量细而连续。 雷诺Re实验随着u↑，墨线由开始的纯轴向流动，逐渐转为波动、进而迅速混合。由波动现象开始质点不仅有轴向运动也有径向运动。u↑→ a b c雷诺准数用不同管径、不同流体分别进行实验发现，影响流动状况的主要因素有：u、d、?及?。并可组合成 ——雷诺准数。Re 准数——无因次数群 只要维持 Re 值恒定，流体的流型不变。这给实验工作带来了方便。 ①只要数群中各参数用同一种单位制，其值必与其他单位制计算的值相同； ②任意调整数群中各参数的大小，只要准数的值不变，则准数所代表的意义不变。 如： 中u、d↓或↑及改换流体 流体在管内流动时 流型滞流过渡流湍流 Re ≤2000 2000~4000≥4000 在生产中, Re 3000——湍流。 另：传热、沉降等操作单元流型的Re范围异。 1-3-4 滞流与湍流 一、流体内部质点的运动方式 滞流 流体质点仅沿流动方向作一维的有规则的流动。相邻流体层间，质点不碰撞不混合，层次分明。 平板间流体—等速平面； 圆管中流体—等速圆筒面。湍流 ∵有质点的径向脉动， ∴通过流道上某点 i 的 流向速度 ui 随时间出现 波动。并引起 i 点压强 pi 的波动。 ui,?a ui, ?b ?2 ?1 u流体质点沿流动方向流动的同时作随机的 径向脉动。脉动破坏了等速面，质点间相互碰撞、混合，产生大大小小的漩涡。 ? ui ui pi 同理。径向时均速度 ? 间隔内的时均速度 1-33 1-34 同时也加速了径向动量、热量和质量的传递。 当时间间隔足够长， 便成为点 i 的平均速度。 ui,?a ui, ?b ?2 ?1 u ? ui ui 二、流体在圆形管内的速度分布显然，流体的径向脉动越强烈，湍流时的速度分布抛物线顶部的平顶就越宽。 湍流 近似式 滞流 ☆速度分布表达式 ☆平均速度与umax间的关系 滞流 微元环中流体的速度ur, 则其体积流量dVs为：dr r R ur 湍流在流体输送中，通常遇到的Re范围内，式中的n≈7，相应的速度分布式称为1/7次方定律。此时，可从p42 Fig.1-20看出: 当Re↑→ ↑→1。 Remax Re u/umax 三、流体在直管内的流动阻力滞流时，流动阻力只来自流体本身粘性引起的内摩擦，∴牛顿型流体严