化工原理(少學(xué)時(shí))課件和輔導(dǎo)教程、考試重點(diǎn)例題復(fù)習(xí)題及課后答案14-1流體流動(dòng)阻力

1、1.4.1 流體的流動(dòng)類(lèi)型流體的流動(dòng)類(lèi)型 1.4 流體流動(dòng)阻力流體流動(dòng)阻力 層流層流（或滯流滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合； 湍流湍流（或紊流紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。流型判據(jù)流型判據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) udRe無(wú)因次數(shù)群 判斷流型判斷流型Re2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱(chēng)為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱(chēng)為湍流區(qū)；2000 Re 4000 時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱(chēng)為不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。物理意義物理意義 Re反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘

2、性力的對(duì)比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。 速度脈動(dòng)曲線速度脈動(dòng)曲線湍流時(shí)每一點(diǎn)都有一個(gè)不隨時(shí)間而變的時(shí)間平均速度,這個(gè)速度是指瞬時(shí)流速在時(shí)間間隔T內(nèi)的平均值，即瞬時(shí)流速在時(shí)間間隔T內(nèi)的平均值）。uUuTTudtTu01 uuu速度= 時(shí)均速度+ 脈動(dòng)速度 流體在圓管內(nèi)的速度分布流體在圓管內(nèi)的速度分布 速度分布：流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí),管截面上 質(zhì)點(diǎn)的速度隨半徑的變化關(guān)系。 一、層流時(shí)的速度分布一、層流時(shí)的速度分布 由壓力差產(chǎn)生的推力 2rp流體層間內(nèi)摩擦力 drudrldrudAF.)2(drudrlrpp.221)2()(rlpdrud2.)(422.rRlpu管壁處rR時(shí)，0，可得速度分布方

3、程 .u管中心流速為最大，即r0時(shí)， umax .u2max4Rlpu即流體在圓形直管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)，其速度呈拋物線分布。RrdrlpRqRRlpqdrrrRlpdqrdrrRlpdqurdrdqvvvRvvrv8)42(2)(2)2)(4)2(444003222故：可得：在整個(gè)截面積上積分，管截面上的平均速度 :max2242188uuRlPRlPRAquv即層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的1/2。 哈根（哈根（Hagen）泊謖葉（泊謖葉（Poiseuille）方程方程22232)2(88dluPdlPRlPu232dlu水平水平傾斜傾斜二、湍流時(shí)的速度分布二、湍流時(shí)的速度分布 剪應(yīng)力

4、：dyude.)(e為湍流粘度，與流體的流動(dòng)狀況有關(guān)。 nRruu1max.湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式：101102 . 3Re71,102 . 3Re101 . 161,101 . 1Re10466554nnnn與Re有關(guān)，取值如下： 1/7次方定律71n當(dāng) 時(shí)，流體的平均速度 :max82. 0uAquv湍流流動(dòng)時(shí)：流體流動(dòng)邊界層流體流動(dòng)邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展一、邊界層的形成與發(fā)展 流動(dòng)邊界層：存在著較大速度梯度的流體層區(qū)域， 即流速降為主體流速的99以內(nèi)的區(qū)域。 邊界層厚度：邊界層外緣與壁面間的垂直距離。流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層：流體在平板上流動(dòng)時(shí)的邊界層： 邊界層區(qū)（邊界層內(nèi)）邊界層

5、區(qū)（邊界層內(nèi)）：沿板面法向的速度梯度很大，需考慮粘度的影響，剪應(yīng)力不可忽略。 主流區(qū)（邊界層外）主流區(qū)（邊界層外）：速度梯度很小，剪應(yīng)力可以忽略，可視為理想流體 。邊界層流型：層流邊界層和湍流邊界層。層流邊界層：在平板的前段，邊界層內(nèi)的流型為層流。湍流邊界層：離平板前沿一段距離后，邊界層內(nèi)的流型轉(zhuǎn)為湍流。 流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的邊界層流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的邊界層 充分發(fā)展的邊界層厚度為圓管的半徑； 進(jìn)口段內(nèi)有邊界層內(nèi)外之分 。 也分為層流邊界層與湍流邊界層。進(jìn)口段長(zhǎng)度：層流：湍流：Re05. 00dx50400dx湍流流動(dòng)時(shí)： 湍流主體湍流主體：速度脈動(dòng)較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動(dòng)而大大強(qiáng)化； 過(guò)渡層過(guò)渡層：分子粘度與湍流粘度相當(dāng)； 層流內(nèi)層層流內(nèi)層：速度脈動(dòng)較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴(lài)分子運(yùn)動(dòng)。層流內(nèi)層為傳遞過(guò)程的主要阻力層流內(nèi)層為傳遞過(guò)程的主要阻力Re越大，湍動(dòng)程度越高，層流內(nèi)層厚度越薄。2. 邊界層的分離ABS A C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減小（順壓梯度）；C S：流道截面積逐漸增加，流速逐漸減小，壓力逐漸增加（逆壓梯度）；S點(diǎn)：物體表面的流體質(zhì)點(diǎn)在逆壓梯度和粘性剪應(yīng)力的作用下，速度降為0。SS以下：邊界層脫離固體壁面，而后倒流回來(lái)，形