化工原理1.3.ppt.ppt

此时剪应力不服从牛顿粘性定律表示，但可写成相仿的形式： 式中：e称为湍流粘度，单位与μ相同。 （1-37） 但二者本质上不同： 粘度μ是流体的物性，反映了分子运动造成 的动量传递； 湍流粘度e 不再是流体的物性，它反映的是质 点的脉动所造成的动量传递，与流体的 流动状况密切相关。 湍流时的速度分布目前尚不能利用理论推导获得，而是通过实验测定，结果如图1-25所示，其分布方程通常表示成以下形式： （1-38） 图1-25 湍流时的速度分布 n与Re 有关，取值如下： 在流体输送中遇到的Re 数范围内，式（1-38）中的n约为1/7，故上式称为1/7次方定律。 ——1/7次方定律 （1-39） 当n=1/7时，推导可得流体的平均速度约为管中心最大速度的0.82倍，即： 1.3.4 流体流动边界层 一、边界层的形成与发展 当一个流速均匀的流体与一个固体壁面相接触时，由于壁面对流体的阻碍，与壁面相接触的流体速度降为零。 由于流体的粘性作用，紧连着这层流体的另一流体层速度也有所下降。 流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区 域，即流速降为主体流速的99％ 以内的区域。 边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。 随着流体的向前流动，流速受影响的区域逐渐扩大，即在垂直于流体流动方向上产生了速度梯度。 流体在平板上流动时的边界层： 如图1-26所示，?由于边界层的形成，把沿壁面的流动分为两个区域：边界层区和主流区。 图1-26 流体在平板上流动时的边界层 沿板面法向的速度梯度很大，需考虑粘度的影响，剪应力不可忽略。 速度梯度很小，剪应力可以忽略，可视为理想流体 。 边界层区（边界层内）： 主流区（边界层外）： 边界层流型：分为层流边界层和湍流边界层。 图1-27 边界层流型 在平板的前段，边界层内的流型为层流。 离平板前沿一段距离后，边界层层内的流型转为湍流。 层流边界层： 湍流边界层： 如图1-28所示。流体进入圆管后在入口处形成边界层，随着流体向前流动，边界层厚度逐渐增加，直至一段距离（进口段）后，边界层在管中心汇合，占据整个管截面，其厚度不变，等于圆管的半径，管内各截面速度分布曲线形状也保持不变，此为完全发展了的流动。 流体在圆管内流动时的边界层 图1-28 流体在圆管内流动时的边界层 若在汇合之前边界层内的流动已经发展成湍流，则以后的管内流动为湍流。 由此可知，对于管流来说，只在进口段内才有边界层内外之分。 在边界层汇合处，若边界层内流动是层流，则以后的管内流动为层流； 充分发展的边界层厚度为圆管的半径； 也分为层流边界层与湍流边界层。 进口段内有边界层内、外之分 。 进口段长度： 层流：x0 /d=0.05Re 湍流：x0 /d=40≈50 当管内流体处于湍流流动时，由于流体具有粘性和壁面的约束作用，紧靠壁面处仍有一薄层流体作层流流动，称其为层流内层（或层流底层），如图1-29所示。 图1-29 湍流流动 * 1.3 管内流体流动现象 1.3.1 流体的粘度 1.3.2 流体的流动型态 1.3.3 流体在圆管内的速度分布 1.3.4 流体流动边界层 边界层与层流内层。 牛顿粘性定律、层流与湍流的比较。 本节重点： 本节难点： 流体的典型特征是具有流动性，但不同流体的流动性能不同，这主要是因为流体内部质点间作相对运动时存在不同的内摩擦力。 1.3 管内流体流动现象 1.3.1 流体的粘度 一、 牛顿粘性定律 粘性是流动性的反面，流体的粘性越大，其流动性越小。 流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性。 流体的粘性是流体产生流动阻力的根源。 F dy u＋du u 图1-19 平板间液体速度变化 如图所示，设有上、下两块面积很大且相距很近的平行平板，板间充满某种静止液体。 其下各层液体的速度依次降低，紧贴在下板表面的一层液体，因粘附在静止的下板上, 其速度为零，两平板间流速呈线性变化。 若将下板固定，而对上板施加一个恒定的外力，上板就以恒定速度u沿x方向运动。 若u较小，则两板间的液体就会分成无数平行的薄层而运动，粘附在上板底面下的一薄层流体以速度u随上板运动， 对任意相邻两层流体来说，上层速度较大，下层速度较小，前者对后者起带动作用，而后者