第一章 能量传输03.ppt

* * * 第三讲： 流体及其主要性质 流体运动的基本特性 一、本课的基本要求 ⒈ 理解流体上的作用力、能量、动量之间的关系。 ⒉ 了解流体流动的分类。 ⒊ 掌握层流、紊流、雷诺准数的表达式及物理意义 ⒋ 了解紊流特征。 第一章 动量传输 二、本课的重点、难点： 重点：流体流动的两种状态。 难点：层流、紊流的理解。 第一章 动量传输 1.1.3 流体上的作用力、能量、动量 作用力：表面力(作用在流体表面上，且与表面积成比例的力) 和体积力(作用在流体内部质点上，与流体质量成比例的力) 第一章 动量传输 ? ? ? ? ? í ì 。 、 、 。 。 。 ， 电磁力等 惯性力 重力 质量力 体积力 运动、流层间有速度差 作用方向与表面平行， 粘性力 切应力 ，指向作用面，标量 作用方向与作用面垂直 特征 静压力 运动静止流体 压强 压力 : ) ( : ) ( : : ) ( 能量 ? ? ? ? ? í ì = × × PV mw 2 1 mgh 3 2 静压能： 动能： 位能： Pa m m N V m N 由以上分析可知： ⑴ mw/A?? = 作用力/A = 能量/V ⑵ 作用力、能量、动量是同类物理量的不同表现形式。相互平衡、传递 及转换，流体的动量传输也就是力、能的平衡与转换的过程。 第一章 动量传输 动量 Pa s m s N = × × 2 t × × A s N mw §1.2 流体运动的基本特征 流体的运动特性，主要是指流体在流动条件下，其所具有的相关物理量在 空间和时间上的变化特性—流场特征。 1.2.1 流体流动的分类 1.2.2 流体流动的两种状态 ⒈ 流动状态 层流：所有流体质点只作沿同一方向的直线运动，无横向运动。如国庆大阅兵。 紊流：流体质点作复杂的无规则运动(湍流)。如自由市场。 从层流到紊流之间，一般称为过渡状态。 第一章 动量传输 ? í ì )。 ( 如风机、泵、喷射器等 强制流动：流体因外力作用 自然流动：密度不同产生浮力。 实验观察：图1-2-1 P11 第一章 动量传输 在实验的基础上，雷诺提出了确定两种状态相互转变的条件，雷诺准数Re 临界雷诺准数为Rec：流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺准数Re。 层流?紊流Rec上=13800；紊流?层流Rec下=2300。 一般取Rec = 2300。 ? 有利于紊流的形成。 ? í ì ˉ - - - ) ( ) ( ) ( ) ( m r 粘度 、管径 、密度 流速 d w ? ? ? í ì 时，为过渡状态 当 时，为紊流状态 当 时，为层流状态 当 上 下 上 下 c c c c Re Re Re Re Re Re Re 粘性力 惯性力 = = = n m r wd wd Re 第一章 动量传输 ⒉ 管流速度分布 层流：抛物线分布。 紊流：速度分布与Re有关。 ⒊ 紊流特征 。 第一章 动量传输 、 紊流流动时仅考虑时均速度 、 补充例题： 流动状态的判断。 脉动 0 w y = ￠ 0 w x = ￠ 0 w z = ￠ y w x w z w 第一章 动量传输 设水及空气分别在内径d=80㎜的管中流过，两者的平均流速相同，均为W=0.3m/s，已知水及空气的动力粘度各为μ水=0.0015kg/m.s，μ空气=17×10-6 kg/m.s又知水及空气的密度各为ρ水=1000kg/m3 ρ空气=1.293kg/m3，试判断两种流体的流动状态。 解：按（1-2-1）式计算 空气的Re数： {ReRec 层流 ReRec 紊流} 层流 2300 1825 10 17 . 0 3 . 0 293 . 1 Re 6 = × × × = - 08 2300 16000 0015 . 0 08 . 0 3 . 0 1000 wd Re = × × = m r = 紊流 得：水的Re数： * * *