流體動(dòng)力學(xué)特性課件

第五章流體動(dòng)力學(xué)特性第一節(jié)阻力和阻力系數(shù)第二節(jié)雷諾數(shù)與相似實(shí)驗(yàn)第三節(jié)邊界層第四節(jié)臨界速度第五節(jié)應(yīng)用流體流體：流體由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，即連續(xù)介質(zhì)，如液體、氣體。流體被看成是連續(xù)介質(zhì)，則反映宏觀流體的各種物理量，就都是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。氣體低速流動(dòng)時(shí)（M≤0.3），氣流速度變化引起的氣體密度相對(duì)變化量較小，可近似假定氣體密度不變；當(dāng)氣體高速流動(dòng)時(shí)（M＞0.3），則須考慮氣體壓縮性對(duì)密度影響。粘性流體的流動(dòng)形態(tài)流體流動(dòng)形態(tài)：層流、湍流（紊流）、過渡流動(dòng)層流：流體分層流動(dòng)，相鄰兩層流體間只作相對(duì)滑動(dòng)，流層間沒有橫向混雜。湍流（紊流）：當(dāng)流體流速超過某一數(shù)值時(shí)，流體不再保持分層流動(dòng)，而可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有垂直于原流速方向的分速度，各流層將混淆起來，并有可能出現(xiàn)渦旋，這種流動(dòng)狀態(tài)叫湍流。相鄰流層流體微團(tuán)混亂運(yùn)動(dòng)帶來動(dòng)量交換，所以紊流比層流的摩擦阻力大得多。粘性流動(dòng)中粘性力與慣性力同時(shí)存在，往往把μ和ρ作為組合參數(shù)并以符號(hào)v表示：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度過渡流動(dòng):介于層流與湍流間的流動(dòng)狀態(tài)一、阻力及阻力系數(shù)阻力：升力：F—阻力A—物體在垂直于相對(duì)速度方向上的投影面積v—流體與物體的相對(duì)速度c—阻力系數(shù)，與物料形狀、表面狀態(tài)、流體流動(dòng)狀態(tài)等有關(guān)ρf—液體密度流體阻力：superheatedsteamCriticalfluidizationvelocity:1.6m/sSuspensionvelocity:4.3m/shotairCriticalfluidizationvelocity:1.1m/sSuspensionvelocity:3.4m/sCalculatedvalueofcriticalfluidizedvelocityHotair:0.95m/sSuperheatedsteam:1.26m/sThefluidizedvelocityofsuperheatedsteamindryingrapeseedwithSSFBDisselectedas2.5m/s在層流或低速流動(dòng)中，流體密度變化不大，粘性作用支配流體流動(dòng)，形面阻力可忽略不計(jì)在紊流或高速流動(dòng)中，流體受壓縮而不受粘性作用支配，摩擦阻力可忽略不計(jì)摩擦阻力、形面阻力隨流體粘度（雷諾數(shù)）、流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同而發(fā)生相應(yīng)變化球體的阻力系數(shù)*達(dá)朗貝爾佯謬平板的阻力系數(shù)板面垂直于流速方向：摩擦阻力可忽略不計(jì)；雷諾數(shù)較大時(shí)，邊界層分裂點(diǎn)保持不變，壓差穩(wěn)定，形面阻力變化不大；形面阻力隨流速變化而變化。其它形狀物體的阻力系數(shù)圓柱、圓盤軸線垂直于流速方向二、雷諾數(shù)與相似實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)為慣性力與粘性力的比值ρf—流體密度

d—物體特征尺寸

η—流體粘度

v—物體與流體的相對(duì)速度

相似實(shí)驗(yàn)條件：流動(dòng)相似幾何相似運(yùn)動(dòng)相似動(dòng)力相似相似條件（單值條件）邊界條件—邊界幾何形狀及尺寸、邊界流動(dòng)條件起始條件—流動(dòng)起始時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如速度、濃度等在流場(chǎng)中的分布物性條件—如流動(dòng)介質(zhì)的密度、粘度、壓縮性等量綱分析實(shí)驗(yàn)方法相似準(zhǔn)數(shù)、相似準(zhǔn)則雷諾數(shù)（Renoldnumber）：粘性力相似準(zhǔn)則慣性力與粘性力之比斯特勞哈爾數(shù)（Strouhalnumber）：非恒定慣性力相似準(zhǔn)則

非恒定慣性作用與遷移慣性作用之比弗勞德數(shù)（Froudenumber）：重力相似準(zhǔn)則慣性力與重力之比歐拉數(shù)（Eulernumber,Cavitation）：壓力相似準(zhǔn)則

壓力與慣性力之比柯西數(shù)（Cauchynumber）：彈性力相似準(zhǔn)則慣性力與彈性力之比韋伯?dāng)?shù)（Webernumber）：表面張力相似準(zhǔn)則慣性力與表面張力之比Prandltnumber,Grashofnumber,……體積彈性模量表面張力系數(shù)自由表面流動(dòng)自由表面流動(dòng)空化流Re小，層流尾流Re增大，邊界層分離使旋渦分離并形成尾流中的卡門渦街Re繼續(xù)增大，尾流中的旋渦形狀不規(guī)則并破碎，形成紊流尾流壁面壓強(qiáng)系數(shù)VelocitytimeOnsetofturbulenceBufferlayerViscoussublayerLaminorflowinboundarylayerTurbulentflowinboundarylayerBoundary-layerthicknessDistancefromleadingedge,xcc′c′′xu∞OLZxobZ′xo′ub′Z′′xo′′uBoundarylayer四、臨界速度沉降速度：物體在靜止流體中勻速下降時(shí)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度懸浮速度：物體在運(yùn)動(dòng)流體中處于懸浮狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的流體運(yùn)動(dòng)速度不規(guī)則形狀物料的臨界速度實(shí)驗(yàn)研究表明，Re＜50時(shí)，若物料形狀并非極端不規(guī)則，則其阻力系數(shù)與球體阻力系數(shù)相差很小，不規(guī)則形狀物料可用當(dāng)量球體計(jì)算；Re＞50時(shí)，當(dāng)量球體與不規(guī)則形狀物料的阻力系數(shù)差別增大，誤差相應(yīng)增大。→形狀修正系數(shù)農(nóng)業(yè)物料的臨界速度農(nóng)業(yè)物料的臨界速度一般為范圍值，而非確定值臨界速度的確定—查表法計(jì)算CRe2項(xiàng)或C/Re項(xiàng)，通過查表或圖確定物料的臨界速度球形物料：→無因次量非球形物料：若已知物料臨界速度而求顆粒直徑時(shí)，可用無因次量C/Re通過查表或圖確定Re，從而確定物料直徑臨界速度的確定—實(shí)驗(yàn)測(cè)定五、臨界速度的應(yīng)用阻力系數(shù)c飄浮系數(shù)k0阻滯系數(shù)k農(nóng)業(yè)物料在空氣中以臨界速度運(yùn)動(dòng)，浮力可忽略不計(jì)吸送式：適用于近距離輸送輕質(zhì)、松散物料壓送式：適用于遠(yuǎn)距離輸送vPLPε紊流中的小渦流產(chǎn)生垂直向上的分力不規(guī)則形狀物料在迎風(fēng)面上受氣流作用產(chǎn)生的垂直向上分力物料周圍環(huán)流使物料產(chǎn)生升力物料與管壁相撞產(chǎn)生的垂直分量松散物料垂直輸送：速度系數(shù)=1.3-2.5復(fù)雜管路：速度系數(shù)=2.4-5.0松散物料水平輸送：速度系數(shù)=1.5-2.5粘性物料：速度系數(shù)=5-10Qa—單位時(shí)間內(nèi)流過的空氣體積μ—物料在氣流中的濃度ms—單位時(shí)間內(nèi)氣流輸送的物料質(zhì)量