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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,浙江大学化学工程研究所,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.4,管内流体流动现象,一、粘度,二、流体流动类型与雷诺准数,三、流体在圆管内的速度分布,1.5,流体流动阻力,一、阻力损失的计算通式,二、流体流动摩擦阻力的计算,三、非圆形管内的流动阻力,四、局部阻力,第一章 流体流动,1,1.4,管内流体流动现象,第四节 管内流体流动现象,内容：,流体流动产生能量损失的原因,流体在管内流动的状态及影响因素,一、粘度,1,。牛顿粘性定律,内摩擦力产生的原因还可以从动量传递角度加以理解,:,2,物理意义：,衡量流体粘性大小的一个物理量,单位：,获取方法：,属物性之一，,由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。,影响因素：,粘度,：,第四节 管内流体流动现象,3,非牛顿型流体,第四节 管内流体流动现象,4,雷诺数,雷诺实验,层流或滞流,laminar flow,湍流或紊流,turbulent flow,两种流动型态,二、流体流动类型与雷诺准数,第四节 管内流体流动现象,5,直管内流动时，,Re,2000,层流,Re=2000,4000,过渡区,Re4000,湍流,第四节 管内流体流动现象,6,三、流体在圆管内的速度分布,1,。流体在圆管内层流时的速度分布,稳定流动时速度分布的形状,(a),层流,p,1,p,2,l,R,（,1,）速度分布方程：,如右图，当力平衡时有,p,1,A,=,p,2,A,+, A,侧,p,1, r,2,=,p,2, r,2,+,2, rl,第四节 管内流体流动现象,7,代入边界条件：,r,=,R,时，,v,= 0,r,= 0,时，,v,=,v,max,若管子倾斜放置：,其中：,第四节 管内流体流动现象,8,（,2,）流量,V,、,平均速度,u,和动能,R,r,r+dr,d,V,=,vdA =,2, rvdr,第四节 管内流体流动现象,9,R,r,r+dr,单位时间流过环隙的质量：,dV,=, vdA,= 2, v r dr,单位时间流过环隙的动能：,dE,动,=, dVv,2,/2 =, v,3, r dr,单位时间流过整个截面的动能：,E,动,=,单位时间单位质量流体的动能：,第四节 管内流体流动现象,10,2,。流体在圆管内的湍流时速度分布,(1),稳定流动时,湍流,分布的形状,其形状与,Re,的大小有关,Re, ,湍流程度加剧顶部越平坦,(2),湍流速度分布方程,一般在,Re,10,5,时,v,=,v,max,1-r/R,1/7,通用形式,:,v,=,v,max,1-r/R,1/n,n,在,6,10,间变化,Re, ,n,(3),湍流时流量,V,、,平均速度,u,和动能,流量,若用,v,=,v,max,1-r/R,1/7,表示，则有 平均流速,动能,第四节 管内流体流动现象,11,3,。关于动能的讨论,前面所推导的能量衡算式：,事实上，对层流应为,u,2,，对湍流应为,0.53,u,2,.,但由于动能项在各项能量的总和中所占的比例往往很小，因此，机械能衡算式中的动能项仍取为,u,2,/2,，所引起的误差一般可忽略不计。,4,。边界层简介,1904,年，普兰特（近代流体力学的奠基人）凭他丰富的经验和物理直觉，提出了著名的边界层理论。他在海德贝尔格的数学年会上宣读了,“,具有很小摩擦的流体运动,”,，证明了绕固体的流动可以分为两个区域，一是物体附近很薄的一层,(,边界层,),，其中摩擦起着主要的作用；二是该层以外的其余区域，这里摩擦可以忽略不计。,第四节 管内流体流动现象,12,（,1,）边界层概念,普兰特边界层理论的主要内容：,(1),紧贴壁面,非常薄,的一层，该薄层内,速度梯度很大，,这一薄层称,边界层,第四节 管内流体流动现象,13,（,2,）边界层的形成和发展,第四节 管内流体流动现象,14,第四节 管内流体流动现象,15,（,3,）边界层分离,第四节 管内流体流动现象,16,第四节 管内流体流动现象,17,流线型,边界层分离的必要条件是：逆压、流体具有粘性这两个因素缺一不可。,A,D,S,第四节 管内流体流动现象,18,1.5,流体流动阻力,内容：,流体流动产生能量损失的计算方法,一、阻力损失的计算通式,h,f,的计算目前主要靠经验式,h,f,分为两类：,机械能衡算方程,第五节 流体流动阻力,19,d,l,h,w,f,r,t,4,=,由受力的平衡得：,由机械能衡算得：,引入阻力系数：,第五节 流体流动阻力,20,长径比，无因次,动能,摩擦因数,-,直管摩擦损失,计算通式,（范宁公式）,第五节 流体流动阻力,21,圆管内层流时，由牛顿粘性定律可知：,二、流体流动摩擦阻力的计算,第五节 流体流动阻力,22,（,1,）层流时的,（,2,）湍流时的,主要依靠实验研究，,（,3,）,的图解求法,以,Re,、,/,d,为自变量，以为因变量作图，可把整个区域分为四个区：,层流区、过渡区、湍流区和完全湍流区（阻力平方区）,第五节 流体流动阻力,23,第五节 流体流动阻力,24,使用时注意经验式的适用范围,几个光滑管内湍流经验公式：,第五节 流体流动阻力,25,几个粗糙管内湍流经验公式：,第五节 流体流动阻力,26,仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但需引入,当量直径,。,用其本身特定公式计算,三、非圆形管内的流动阻力,第五节 流体流动阻力,27,由于流动突然发生变化而产生涡流，从而导致形体阻力。,小管的,四、局部阻力,第五节 流体流动阻力,28,突然扩大和突然缩小,第五节 流体流动阻力,29,总结： 管路系统的总阻力损失为,管出口,弯管,阀门,管入口,2-2,面取在出口内侧时，,h,f,中应不包括出口阻力损失，但,2-2,面取在出口外侧时，,h,f,中应包括出口阻力损失，其大小为 ，但,2-2,面,的动能为零。,2,2,u,2,2,2,u,2,第五节 流体流动阻力,30,减小阻力的措施：,改善固壁对流动的影响：,减小管壁粗糙度，防止或推迟流体与壁面的分离,加极少量的添加剂，影响流体运动的内部结构。,第五节 流体流动阻力,31,
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