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3.流体流动现象.ppt

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内容要点:
3.流体流动现象,1.3 流体流动现象1.3.1 粘度一、牛顿粘性定律表明: ① 粘性产生的剪应力与速度梯度成正比② 牛顿型流体与非牛顿型流体的区别粘度 =f(物性,温度), t ↑ , ?气 ↑ , ?液 ↓(为什么?)理想流体假定 ? =0二、剪应力与动量传递mu— 流体的动量剪应力可以表示为单位时间通过单位面积的动量 。SI单位: [m2/s]物理单位: [cm2/s] 称为沲( St)1m2/s=104St=106cSt流体流动时内部的剪应力是速度不等的两相邻流体层彼此作用的力,其产生的原因流体层之间的动量传递。1.3.2 流动形态一、雷诺实验影响流体流动的因素有 :流体的物性 ρ和 μ,流速 u和管径 d二、雷诺数Re越大,表示惯性越大,湍动程度越剧烈;Re小,表示粘性力占主导地位,湍动程度小。雷诺准数的物理意义:Re≤2000 层流流型判据: 2000< Re<4000 过渡状态(或为层流或为湍流)Re ≥ 4000 湍流三、湍流的脉动现象和时均化湍流的剪应力 :由分子运动和质点脉动所引起1.3.3 流体在圆管内的速度分布流体在管内流动的受力分析〈 3〉 阻力,作用于侧表面 2πrl 上的剪力为〈 2〉 重力,垂直于管轴,故投影为 0〈 1〉 压力(取流速方向为正)在长度为 l的管段内划出半径为 r的圆柱形流体段作分析 。一、 层流速度分布层流速度分布上式即为管内层流时的速度分布表达式 u 随 r 按 抛物线分布,在空间的速度分布图形则为一旋转抛物面。在管中心, r =0, ur 达到最大值 umax因紧贴在管壁上的运动速度为零:即 r = R, u= 0,代入上式求 C二、湍流的速度分布n=6~ 10。 Re越大, n值也越大,当 Re=105左右时, n=7. 此时称为 1/7方率。(尼古拉则公式)层流与湍流速度分布三、平均速度取半径为 r,厚度为 dr 的环形流体作分析。设环形流体以速度 u向前运动,则体积流量 dqv为 udrRr层流时平均速度为最大速度的 1/2通过整个截面的体积流量为即湍流时平均速度大约等于管中心处最大速度的 0.82倍。Re 越大,则 n值越大,求出之 u/ umax便越大。nu/ uc6 7 8 9 100.791 0.817 0.837 0.852 0.865湍流时,有 ur= umax(1-r/R) 1/n= umax(1-r/R)1/7 (令 n=7)1.3.4 边界层概念为什么引入边界层概念? 实际流体与固体壁面作相对运动时,流体内部存在剪应力作用,由于速度梯度集中在壁面附近,故剪应力也集中在壁面附近。而远离壁面处的速度变化很小,作用于流体层间的剪应力也小到可以忽略,这部分流体便可以当作理想流体。在分析实际流体与固体壁面的相对运动时,应以壁面附近的流体为主要对象。故普兰德提出了边界层的概念。一、边界层及其形成壁面附近速度变化较大、流动阻力集中在此区域 → 边界层离壁面较远、速度基本不变的区域 ,流动阻力可忽略 → 流体主体边界层的范围:速度 0 →99 % u主体二、边界层分离边界层的一个重要特点是在某些情况下会脱离壁面,称为边界层分离。A→B :流通截面变小,流速 ↑, p↓;B→D :流通截面扩大,流速 ↓ , p ↑; C点:由于阻力损失,流速降为 0;C→D :截面继续扩大, p ↑,近壁面处流体在反向压力(逆压强梯度)作用下被迫倒流,产生大量旋涡,此即边界层分离。边界层分离演示边界层分离的后果: 〈 1〉 产生大量的旋涡〈 2〉 造成较大能量损失平板及流线型物体不会发生边界层

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