化工原理04.ppt

* 层流边界层 过渡区 湍流边界层 一、边界层的形成与发展 边界层 壁面附近速度梯度较大的流体层 主流区 边界层之外，速度梯度接近于零的区域 边界层 * 湍流边界层 层流内层或层流底层 缓冲层 湍流主体或湍流核心 速度梯度 大 居中 小 一、边界层的形成与发展 * 一、边界层的形成与发展 由层流边界层开始转变为湍流边界层的距离。 临界距离 依照雷诺数定义 临界雷诺数 临界距离所对应的 * 对于光滑的平板壁面，临界雷诺数的范围为 一、边界层的形成与发展 * 管内流动边界层 图1-18 圆管内的流动边界层 一、边界层的形成与发展 * 可将管内的流动分为两个区域：一是边界层汇合以前的流动，称之为进口段流动；另一是边界层汇合以后的流动，称之为充分发展了的流动。 对于层流，进口段长度可采用下式计算 (1-53) 一、边界层的形成与发展 进口段长度 * 二、边界层分离与形体阻力 边界层的一个重要特点是，在某些情况下，会出现边界层与固体壁面相脱离的现象。 此时边界层内的流体会倒流并产生旋涡，导致流体的能量损失。此种现象称为边界层分离，它是黏性流体流动时能量损失的重要原因之一。 产生边界层分离的必要条件是：流体具有黏性和流动过程中存在逆压梯度。 * 图1-19 边界层分离示意图 二、边界层分离与形体阻力 分离点 * 第一章 流体流动 1.5 动量传递现象 1.5.1 层流—分子动量传递 1.5.2 湍流特性与涡流传递 1.5.3 边界层与边界层分离现象 1.5.4 动量传递小结 * 动量传递小结 由于流体的粘性，当流体运动时内部存在着剪切应力。该剪切应力是流体分子在流体层之间作随机运动从而进行动量交换所产生的内摩擦的宏观表现，分子的这种摩擦与碰撞将消耗流体的机械能。在湍流情况下，除了分子随机运动要消耗能量外，流体质点的高频脉动与宏观混合，还要产生比前者大得多的湍流应力，消耗更多的流体的机械能。这二者便是摩擦阻力产生的主要根源。 * 另一方面，当产生边界层分离时，由于逆压作用的结果，流体将发生倒流形成尾涡，在尾涡区，流体质点强烈碰撞与混合而消耗能量。这种由于局部产生倒流和尾涡以及压力分布不均所造成的能量损失称为形体阻力或局部阻力。 动量传递小结 * 练 习 题 目 思考题 作业题: 12 、13 1.在应用机械能衡算方程解题时需要注意哪些问题？ 2.湍流用那些量来表征？ 3.流体在固体壁面上产生边界层分离的必要条件时什么？试通过边界层分离现象分析形体阻力（局部阻力）产生的原因。 * 第一章 流体流动 1.4 流体流动的基本方程 1.4.1 总质量衡算-连续性方程 1.4.2 总能量衡算方程 复习：连续性方程 * 对于不可压缩流体， 对于圆形管道 管内定态流动的连续性方程 * 定态流动过程的总能量衡算方程 定态流动过程的 机械能衡算方程 * 对于不可压缩流体，ρ为常数 工程伯努利 (Bernoulli)方程 * 伯努利 (Bernoulli)方程 适用条件：不可压缩理想流体 * 三、对伯努利方程的讨论 式1-38表明，理想流体在管路中作定态流动而又无外功加入时，在任一截面上单位质量流体所具有的总机械能相等，换言之，各种机械能之间可以相互转化，但其总量不变。 1. (1-38a) * 三、对伯努利方程的讨论 2.有效功率：输送机械在单位时间内所作的有效功称为有效功率，用下式计算 (1-39) * 三、对伯努利方程的讨论 3.伯努利方程的其他形式： 将的各项均除以重力加速度g 令 式1-38变为 或 (1-40) (1-40a) * (1-40a) 位头 速度头 动压头 压力头 压头损失 总压头 外加压头 三、对伯努利方程的讨论 * 4.若流动中既无外加压头又无压头损失，则任一截面上的总压头为常数 三、对伯努利方程的讨论 * 5. 如果流体静止， 流体静止仅是流体运动的特例。 三、对伯努利方程的讨论 * 第一章 流体流动 1.4 流体流动的基本方程 1.4.1 总质量衡算-连续性方程 1.4.2 总能量衡算方程 1.4.3 机械能衡算方程的应用 * 在应用机械能衡算方程与质量衡算方程解题时，要注意下述几个问题： 1.衡算范围的划定 2. 控制面的选取 3. 基准面的确定 4. 单位一致性 机械能衡算方程的应用 * 第一章 流体流动 1.5 动量传递现象 1.5.1 层流—分子动量传递 本节目的：分析阻力产生的根源 * 层流—分子动量传递 对于牛顿型不可压缩流体的层流流动，牛顿定律可以写成 (1-43) 考察式1-43各项物理量的因次： * 单位时间通过单位面积的动量，称为动量通量(