第三章 层流流动及湍流流动.pdf

动 流 流 章 湍 三 及 第 动 流 流 层 3.1 流体的流动状态 3.2 管道中的流动 3.3 流动阻力与能量损失 3.4 管路计算 小结 3.1 流体的流动状态 雷诺实验 （Reynold ，英国物理学家，1883年） •层流：流速较小时，流体迹线呈平行 于管轴的线簇或层状。 •过渡流：流速增大，层状或线簇状流 动模式被扰动，流体迹线开始摆动， 弯曲。 •紊流（湍流）：流速进一步增大，流 体质点开始搅混，交叉，并形成漩 涡，出现脉动。 3.1 流体的流动状态 •层流：规则的层状流动，流体 层与层之间互不相混，质点轨 迹为平滑的随时间变化较慢的 曲线。 层流 •紊流（湍流）：无规则的运动 方式，质点轨迹杂乱无章而且 迅速变化，流体微团在向流向 运动的同时，还作横向、垂向 及局部逆向运动，与周围流体 混掺，随机、非定常、三维有 湍流 旋流。 3.1 流体的流动状态 流型的不同对流体间进行的混合、传热、化学反应等过程影响不 同，在一个过程进行之前，工程上就需要知道流型。由上实验可知 管内流动型态，似乎由流速所决定。但对不同流体、不同管路进行 的大量实验表明，流体的性质、管路和操作条件均对流型产生影响。 可用流速、密度、粘度、管径（特征长度）这四个物理量组成无量 纲形式，称为雷诺准数，用Re表示。 所谓准数是指几个有内在联系的物理量按无量纲条件组合起来的 数群，它既反映所含物理量之间的内在联系，又能说明某一现象或 过程的本质。Re愈大，说明惯性力占主导地位，湍动程度就愈大。 层流 湍流 小Re 大Re 流体运动看上 流体运动 Re ρvl 去规则，各部分 看起来极不规 好像是分层流动 则 μ 质点的迹线或 脉动与旋涡 流场的流线光滑 3.1 流体的流动状态 ρvL vL •雷诺数 Re μ γ ρ, v,μ,γ, L 分别为密度、速度、动力粘度、运动粘度和特 征长度。雷诺数表示流体流动过程中的惯性力和粘性力之 比。雷诺数大，说明流体惯性力大于粘性力，易形成湍 流；雷诺数小，说明流体惯性力小于粘性力，易形成层流。 其分子、分母都是速度量纲,所以Re也可以认为是无量纲 速度。 平直光滑圆管:Re ＜2300 时，流动为层流； Re ＞4000 时，流动为紊流（湍流）； 2300 ＜Re ＜4000 时，流动为过渡流,工程中按湍流处理； 无穷大平板:Re低 ＝