化工原理上流體流動

1、1 第三節(jié) 流體流動現(xiàn)象1-9 粘度 1-10 流動型態(tài) 1-11 流體在圓管內(nèi)的速度分布1-13 流體流動邊界層2第三節(jié) 流體流動現(xiàn)象一、 牛頓粘性定律 1-9 粘度 或Fuududy式中：F內(nèi)摩擦力，N； 剪應(yīng)力，Pa； 法向速度梯度，1/s； 比例系數(shù)，稱為流體的粘度，Pas。 3牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體；非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。 二、流體的粘度 （動力粘度） 1.粘度的物理意義 流體流動時在與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。4液體 :T 氣體 : 一般T 超高壓p 粘度的物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運(yùn)動與碰撞。2.

2、粘度的單位SI制：Pas 或 kg/(ms)物理制：cP(厘泊）換算關(guān)系1cP10-3 Pas53.運(yùn)動粘度 粘度與密度的之比。m2/s6三 剪應(yīng)力與動量傳遞 流體流動時內(nèi)部的剪應(yīng)力是速度不等的兩相鄰流體層彼此作用的力，其產(chǎn)生的原因是流體層之間的動量傳遞。所以動量傳遞是由于流體內(nèi)部速度不等，動量從速度大的位置傳遞到速度小的位置。71-10 流動型態(tài) 一、雷諾實驗8 層流（或滯流）：流體質(zhì)點僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點無徑向脈動，質(zhì)點之間互不混合； 湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點的速度在大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點互相碰撞和混合。二、流型判據(jù)雷

3、諾準(zhǔn)數(shù) 無因次數(shù)群9判斷流型Re2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re 4000 時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2.物理意義 Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動的湍動程度。 101）它是一個準(zhǔn)數(shù)，只有數(shù)值大小，沒有單位；2）不管用什么單位，只要各物理量用同一種單位制 的單位，所求的Re的數(shù)值大小都一樣。111-11 流體在圓管內(nèi)的速度分布 速度分布：流體在圓管內(nèi)流動時,管截面上 質(zhì)點的速度隨半徑的變化關(guān)系。 一、層流時的速度分布 12由壓力差產(chǎn)生的推力 流體層間內(nèi)摩擦力 管壁處r

4、R時，0，可得速度分布方程 （1-32）13管中心流速為最大，即r0時， umax 管截面上的平均速度 :即層流流動時的平均速度為管中心最大速度的1/2。 即流體在圓形直管內(nèi)層流流動時，其速度呈拋物線分布。(1-33)(1-34)14二、湍流時的速度分布 剪應(yīng)力 ：為湍流粘度，與流體的流動狀況有關(guān)。 湍流速度分布的經(jīng)驗式：15n與Re有關(guān)，取值如下： 1/7次方定律當(dāng) 時，流體的平均速度 :161-13 流體流動邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展 流動邊界層：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。17流體在平板上流動時的邊界

5、層： 18 邊界層區(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）：速度梯度很小，剪應(yīng)力可以忽略，可視為理想流體 。19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。 20流體在圓管內(nèi)流動時的邊界層 21 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)口段長度：流動達(dá)到充分發(fā)展所需管長層流：湍流：22湍流流動時：23 湍流主體：速度脈動較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動而大大強(qiáng)化； 過渡層：分子粘度與湍流粘度相當(dāng)； 層流內(nèi)層：速度脈動較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運(yùn)動。層流內(nèi)層為傳遞過程的主要阻力Re越大，湍動程度越高，層流內(nèi)層厚度越薄。242. 邊界層的分離ABS25A C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減?。槈禾荻龋?；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：物體表面的流體質(zhì)點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