传递导论第三章.ppt

课后思考 5.房地产开发使某地区居住人口增加，生活用水量增大，需更换原有主供水管道。若用水量增加十倍，水管道管径应增加几倍？ 6.油轮卸油，油品密度800kg/m3、粘度0.75cP，输油管道内径0.3m。若使流量达到3000m3/h，求长400m 管道的压降？ 3.5 边界层理论 1904年，普朗特提出“边界层”概念 3.5.1 概念和特点 流体区域以99%U 作为边界，内层区为粘性流体ux，外层区为理想流体U。 特点 ①. 慢：边界层内 ux U0 ，壁面 ux = 0 。 ③. 陡： 很大。 ④. 增：x↑，δ↑。 ②. 薄：δ x 。 ⑨. 逆压，失速会分离（绕曲面流动时的表现）。 ⑤. 旋：微团有旋。 ⑥. 惯、粘同量级：惯性力与粘性力在边界层内量级相当。 ⑦. 截面等压力：无压差流动。 ⑧. 流型会转变：x xc时，层流→湍流，临界雷诺数Rexc=5?105。 层流 湍流 3.5.2 平板边界层阻力 临界雷诺数Rexc=5?105 3.5.3 圆管进口段 管内流动状态与边界层发展的关系： 层流：Le≈100D 湍流：Le≈50D 层流汇交，层流 湍流汇交，湍流 进口段：沿流动方向 ux 分布变化，中心速度加速， 　　　　边界层厚度增加直至交汇。 3.5.4 绕球边界层分离 边界层分离条件 层流边界层分离 湍流边界层分离 失速 3.6 绕流阻力—阻力系数 3.6.1 阻力机理 τ 摩擦阻力 DF ；与接触面有关。 p 压差（形体）阻力 Dp；与形状有关。 两者相对大小取决于： 定义： A 迎流投影面 绕球爬流（Re1）：斯托克斯阻力定律 问题探讨 落球法测粘度 3.6.2 阻力系数 ①.爬流区：无尾流。 例3-5 CD~Re变化曲线 ②.卡门涡街区： 尾流从稳定变为不稳定。两侧交替，对称，有周期地释放旋涡。 ③.阻力平方区：层流边界层分离，Re↑，D↑而CD不变。 ④.阻力危机区：当 Re≈3×105 时，层流边界层转变为湍流边界层分离。尾流区大幅度减小，总阻力 D↓↓，因而使 CD↓↓。 ⑤.湍流区：Re↑，CD↑。 ①.流线型 3.6.3 减阻 ③.吹喷技术 ②.包橡皮膜 ④.加减阻剂 ⑤.人工湍流 ⑥.开缝导流 水中加5ppm的聚氧化乙烯，当Re=1×105时， 摩擦阻力系数可减小40%。 课后思考 7.高尔夫球为什么是“麻子球”，而不是光滑球？ 8. 流体流经图示弯管时的阻力称局部阻力,其形状与边界层分离有何关系? * 层流 湍流 分子传递 抛物面 涡流传递 对数 3.1.1 雷诺试验 3.1 流动状态—层流与湍流 第三章 动量传递 3.1.2 流动状态的判别—雷诺数Re 判据： 对圆管流动： Re 2100 层流 稳定 2100 Re 10000 过渡流 介稳 Re 10000 湍流 稳定 临界雷诺数Rexc=2100 Re数的物理含义： 3.2 管内层流 3.2.1 管内层流速度分布——抛物线分布 3.2.2 管道沿程阻力——压降 摩擦阻力系数 动量变化率： 动量守恒： 薄壳圆环微元控制体 合力： 3.2.1 管内层流速度分布——抛物线分布 积分： 边界条件： 牛顿流体： 积分： 边界条件： 速度分布： 哈根-泊谡叶方程 流量： 平均速度： 速度分布： 速度分布： 家用燃气热水器因煤气压力较小致使水温偏低，若将原有1/2英寸(内径? 15.75mm)的煤气管道用3/4英寸(内径? 21.25mm)管道替换。 试求：两种管道的流率之比。 解：设流动为层流 例3-1 煤气管道安装 课后思考 1.管内层流截面上最大速度在何处？最大速度与截面平均速度的比值？ 2. 奥氏粘度计和乌氏粘度计测量粘度的原理？使用中应注意哪些问题？ 3.2.2 管道沿程阻力—压降 摩擦阻力系数 3.3.1 流场显示 示踪法 光学法 3.3 研究流体流动的实验方法 3.3.2 速度测试 激光测速仪 热丝(膜)流速仪 毕托管测速 例3-2 粒子成像测速仪PIV 3.3.3 量纲分析 物理方程量纲和谐 基本量纲 导出量纲 质量[M]、长度[L]、时间[T] 、温度[K] 速度[LT-1]、粘度[ML-1T-1]、力[MLT-2]等 无量纲数 雷诺数 努塞尔数 等