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,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,讲,1.4,流体流动现象,教学难点：边界层及边界层分离,。,教学目的：,1,、学会判别流体流动的类型。,2,、了解流体在圆管内的速度分布。,3,、了解边界层的概念。,教学内容：,1,、流动类型与雷诺数。,2,、流体在圆管内流动时的速度分布,3,、边界层的概念。,教学重点：,Re,的计算及流动形态的判别。,第6讲 1.4 流体流动现象教学难点：边界层及边界层分,1.4.1,流动类型与雷诺数,1,、雷诺实验,2,）、实验现象：,1,）、装置：如图示。,1.4.1 流动类型与雷诺数1、雷诺实验 2）、实验现象：,1,）实验证明：,除流速,u,外、管径,d,、流体的粘度,和密度,对流动状况也有影响，流动形态由这几个因素同时决定。,2,、雷诺数,雷诺准数：,特征：,无因次，没有单位的纯数。其值不会因采用的单位制度不同而改变，但必须是统一单位。,2,）,雷诺准数,单位,：,1）实验证明：除流速u外、管径d、流体的粘,1,）、流动类型的判别,Re2000,时，属层流；,Re,4000,时，属湍流；,2000 2000,时即按湍流计算。,属湍流。,3,、层流与湍流,1）、流动类型的判别 Re2000 时，,层流特点：管内流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。,3,）、层流特点,（,laminar flow),层流特点：管内流体质点沿管轴作有规则的平行运动，,湍流的特点：流体质点除了沿管轴方向向前运动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点相互碰撞和混合。质点的脉动是湍流最基本的特点。,4,）、湍流特点,(viscous flow),总摩擦应力：,（,e-,涡流黏度）,湍流的特点：流体质点除了沿管轴方向向前运动外，还有径,1.,流体在圆管内层流时的速度分布,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,r,1.4.2,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p1p2lR（1）速度分布,代入边界条件：,r=R,时，,u=0,r=0,时，,u=u,max,其中：,代入边界条件：r=R 时，u=0,（,2,）平均速度,u,R,r,r+dr,dV=u,r,dA=2,r,u,r,dr,（2）平均速度uRrr+drdV=urdA=2 r,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,Re,n,410,4,Re1.110,5,时,n=6,1.110,5,Re3.210,6,时，,n=7,Re,3.210,6,时，,n=8,2.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,（,3,）流体在圆管内湍流流动时的速度分布关系图,（3）流体在圆管内湍流流动时的速度分布关系图,1.4.3,边界层的概念,1,、边界层概念：,普兰德（,Prandtl)1904,年提出：实际流体流经固体壁面时，由于粘性力的存在，必然会在紧靠壁面处，形成一层极薄的流体膜附着于其上，且在壁面上其流速为零，处于静止，而在其上方与流动方向相垂直的方向上存在很大的速度梯度，这一存在速度梯度区域称为流动边界层，简称边界层。,原因：,流体具有粘性又能完全润湿壁面，则粘附在壁面上静止的流体层与其相邻的流体层间产生内摩擦，形成了速度梯度。,1.4.3 边界层的概念 1、边界层概念：普,2,、边界层的形成与发展,由于壁面摩擦力及粘滞力影响，流体进入后边界层由薄到厚，相互影响，直至发展为稳定的流动类型。,2、边界层的形成与发展 由于壁面摩擦力及粘滞力,3,、流体在圆形直管的进口段内的流动,滞流与湍流边界层,如图示：距管进口的距离,x,0,称为稳定段长度或进口段长度。在稳定段以后，各截面速度分布曲线形状不随,x,而变，称为完全发展了的流动。一般取：,x,0,=(50,100)d,x,0,x,0,3、流体在圆形直管的进口段内的流动滞流与湍流边界层,4,、边界层的分离,概念：边界层内的流体在某种情况下（例：固体壁面为曲面或与流动方向不平行）与固体壁面分离并产生倒流，这个现象称为边界层分离。,形成,A,点：,u=0,，压强最高，动能静压能及克服阻力；,P,点：,BP,，流道逐渐扩大，,u,不断减小，,p,不断增大，到了,P,点，,u=0,，为分离点，,P-P,为分离面。此处为逆压强梯度。,B,点：,AB,，流道逐渐缩小，,u,不断增加，,P,不断减小，,B,点压强最低，顺压强梯度；,4、边界层的分离 概念：边界层内的流体在某种情,总结：,1,、雷诺数及流体流动形态判别,2,、流体阻力产生的原因,总结：1、雷诺数及流体流动形态判别,5,）非稳态流动系统的计算,例,1-16,本题附图所示的开口贮槽内液面与排液管出口管间的垂直距离,h,1,为,9m,，贮槽的内径,D,为,3m,，排液管的内径,d,0,为,0.04m,；液体流过该系统的能量损失可按,h,f,=40u,2,计算，式中,u,为流体在管内的流速。试求经过,4h,后贮槽内液面下降的高度。,5）非稳态流动系统的计算 例1-16 本题附图所示的开口贮,设,F,为瞬时进料率；,D,为瞬时出料率,;dA,为在,d,时间内的积累量；,dh,为在,d,时间内槽内液面下降的高度；,u,为液体在管内的瞬时流速。,解：,在,d,时间内对该系统作物料衡算,则：,式中：,代入，得,在瞬间液面,1-1,与管子出口内侧截面,2-2,间列柏努利方程式，并以截面,2-2,为基准水平面，得：,设F为瞬时进料率；D为瞬时出料率;dA为在d,式中,Z,1,=h,，,Z,2,=0,，,u,1,0,，,u,2,=u,，,p,1,=p,2,，,h,f,=40u,2,代入整理得,将式代入式，得,积分限：,1,=0,，,h,1,=9m,；,2,=43600s=14400s,，,h,2,=hm,。,故经过,4h,后贮槽内液面下降高度为,9-5.62=3.38m,。,式中 Z1=h，Z2=0，u10，u2=u，p1=p2，,
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