化工传递课件(陈涛版).ppt

定义 摩擦速度 摩擦距离 无量纲速度分布 二、圆管湍流的通用速度分布方程 湍流核心 雷诺应力＞＞黏性应力 管内流动： 开方 B.C. y=y0，u = ue y 0 y0 二、圆管湍流的通用速度分布方程 由Karman实验： 无量纲速度分布 y0—层流内层厚度； ue—层流内层与湍流核心交界处的流速。 积分得 积分常数： K、C1 为模型参数，需由实验确定。 二、圆管湍流的通用速度分布方程 对于光滑圆管，用尼古拉则 ( Nikurades ) 等的实验数据拟合，K＝0.4，C1 ＝5.5。故湍流核心的速度分布为 、 大量研究表明，圆管湍流的速度分布采用对数形式表达是正确的。 二、圆管湍流的通用速度分布方程 采用尼古拉则和莱查德数据拟合的结果： 1. 层流内层(0≤y＋≤5) 2. 缓冲层(5≤y＋≤30) 3. 湍流主体(y＋≥30) 圆管湍流通用速度分布 二、圆管湍流的通用速度分布方程 （1）层流内层(0≤y＋≤5) （2）缓冲层(5≤y＋≤30) （3）湍流核心(y＋≥30) 圆管湍流边界层厚度的计算 0.0 30 5.0 ri y+ ri 层流内层 缓冲层 湍流核心 二、圆管湍流的通用速度分布方程 代入积分 主体流速ub 将 三、光滑圆管中的流动阻力 圆管湍流经验速度分布 Re=1×105，n=7 三、光滑圆管中的流动阻力 范宁摩擦系数 f 的定义 （1） （2） （1）与（2）联立： 适用范围： 三、光滑圆管中的流动阻力 布拉修斯（Blasius）式： 适用范围： 适用范围： 科尔本（Colburn) 式： 三、光滑圆管中的流动阻力 例：温度为20℃的水流过内径为50mm的水平圆管，测得每米管长流体的压降为1500Pa。 (1)证明此流动为湍流； (2)求层流内层外缘处水流速、该处的y向距离及涡流粘度； (3)求过渡区与湍流主体交界处流体的流速，该处的y向距离及涡流粘度。 三、光滑圆管中的流动阻力 流动为湍流 解： 20℃水的物性：ρ= 998.2kg/m3，μ=1000.5×10-5Pa·s (1) 管内流动型态 三、光滑圆管中的流动阻力 (2) 层流内层外缘处水的流速、该处的 y 向距离及涡流粘度 即 由于 故 ε=0 (层流内层仅有粘性应力) 三、光滑圆管中的流动阻力 故 又由于 因此 (3) 过渡区与湍流主体交界处流体的流速，该处的y向距离及涡流粘度 三、光滑圆管中的流动阻力 例：试应用上题中的已知数据，求算 r = ri/2的流速、涡流粘度和混合长值 。 解： 因此 由 三、光滑圆管中的流动阻力 第五章 湍 流 5.1 湍流的特点与表征 5.2 湍流时的运动方程 5.3 湍流的半经验理论 5.4 圆管中的稳态湍流 5.5 平板壁面上湍流边界层的近似解 * 化学工业出版社 * 第五章 湍 流 本章重点讨论湍流的特点及表征，探讨应用 N-S 方程求解湍流问题的途径，并讨论圆管内湍流的求解问题。 工程实际中最常见的是湍流流动。 5.1 湍流的特点与表征 二、湍流的表征 一、湍流的特点 第五章 湍 流 一、湍流的特点 层 流 湍 流 湍流的速度分布：分布较层流均匀 层流速度分布：抛物线 流体的质点无宏观混合，是一种规则流动 流体的质点发生强烈的混合和高频脉动 应力是由流体粘性引起，即分子的随机运动引起的动量交换 应力是由①流体粘性和②质点的宏观混合产生，②①即湍流的流动阻力远远大于层流 层流与湍流的比较 1.时均量与脉动量 某一点速度随时间变化的图象 θ ux 0 瞬时量 =时均量 + 脉动量 －瞬时速度 －时均速度 －脉动速度 二、湍流的表征 时均速度 湍流中的其它物理量，如温度、压力、密度等也都是脉动的，可采用同样的方法表征： 二、湍流的表征 θ ux 0 微观上，湍流流动应属非稳态过程，因为流场中各物理量均随随时间而变。 稳态湍流—指物理量的时均值不随时间变化，即 ux θ θ ux 稳态 非稳态 二、湍流的表征 一维湍流 二、湍流的表征 2.湍流强度 湍流强度是表征湍流特性的一个重要参数。流体在圆管中流动时，I =0.01～0.1，在尾流、自由射流这样的高湍动情况下，I 可达0.4 。 二、湍流的表征 例： 用热线风速仪测定湍流流场中某一点的瞬时流速值如下(以毫秒计的相等时间间隔): ux(c