《流体流动形态》PPT课件

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,*,*,*,本节内容提要,简要分析在微观尺度上流体流动的内部结构,为流动阻力的计算奠定理论基础.本节重点,（,1,）两种流型的判据及本质区别；,Re,的意义及特点。,（,2,）,层流和湍流的速度分布。,（,3,）流动边界层概念。,第四节 管内流体流动现象,管内流动阻力,1,流体的流动型态,一、,两种流型层流和湍流,雷诺实验,2,两种流动形态：,层流(或滞流)：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；,湍流（或紊流）：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。,二、,流型判据,雷诺准数,无因次数群,3,*判断流型,Re2000,时，流动为层流，此区称为层流区；,Re4000,时，一般出现湍流，此区称为湍流区；,2000,Re 4000,时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。,三、,Re,的,物理意义,Re,反映了流体流动中,惯性力与粘性力,的对比关系,，标志着流体流动的湍动程度。,4,四、层流和湍流的比较,内部质点运动方式不同。,层流,流体质点作直线运动，即流体分层运动；,湍流,流体在总体上沿管道向前运动，同时还在各个方向作随机的脉动,从输送流体的角度考虑：湍流增加了能量消耗，输送流体时不宜采用太高的流速；但从传质和传热的角度考虑，湍流时质点运动速度加大使层流内层厚度减小，有利于加大传质和传热的传递速率，所以在传质和传热过程中，往往在输送条件的允许下尽可能提高流体的流速。,5,例,有一内径为,25,mm,的水管，如管中流速为,1.0,m/s,，,水温为,20,。求：（,1,）管道中水的流动类型；,（,2,）管道内水保持层流状态的最大流速。,解(1)20水,=,1cP=10,-3,Pa,s，,=,998.2kg/m,3,故管中为湍流,(2)保持层流需,6,流体在圆管内的速度分布,速度分布：流体在圆管内流动时,管截面上质点的,速度随半径的变化关系。,理想流体速度分布:柱塞流,实际流体速度分布,一、层流时的速度分布,7,管中心流速为最大，即,r,0,时，,u,max,管截面上的平均速度,:,2,、,层流流动时的平均速度为管中心最大速度的,1/2,。,1,、流体在圆形直管内,层流流动,时，其速度呈,抛物线分布，截面上各点速度是轴对称的。,管壁处流体流速为零，即,r,R,时，,0,8,二、流体在圆管中湍流时的速度分布,湍流速度分布的经验式：,一般流体输送情况下：,9,湍流流动时：,层流内层：靠近管壁处的流体薄层，速度及其径向脉动较小，保持层流流动（径向传递只能依赖分子运动），称为层流内层。,Re,越大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。,层流内层为传递过程的主要阻力,10,流动边界层的基本概念,板面附近流速变化较大（存在速度梯度）的区域，称为,流动边界层（或简称边界层），,流体阻力集中在此区域内。,边界层以外流速基本不变（等于,u,）的区域称为主流区，此区内速度梯度为零。,一般以主流流速的,99%,处作为两个区域的分界线，上图所示的虚线与平板间的区域即为边界层区域。因此，边界层的内侧速度为零，而外侧速度为,0.99u,。,流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，即流速降为主体流速的99以内的区域。,11,边界层流型：层流边界层和湍流边界层。,层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。,湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型转为湍流。,12,流体在圆管内流动时的边界层,13,边界层的分离,A,B,S,边界层分离的后果：,产生大量旋涡；,造成较大的能量损失。,14,流体流动现象小结,牛顿粘性定律是牛顿流体在作层流流动时的过程特征方程。它虽然是一个简单的实验定律，但在流体流动尤其是层流解析中具有重要作用。,流体按其流动状态有层流与湍流两种流型，这是有本质区别的流动现象。在流体流动、传热及传质过程等工程计算中，往往必须先确定之。流型判断依据是,Re,的数值。,层流速度分布的描述采用一般物理定律十过程特征定则的方法，得到完全解析的结果。湍流时，由于过程特征规律不确定，而使问题无法解析，只有采用实验测定的方法。,15,