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1、小結,1. 實際流體流動的機械能衡算式, 適用條件 重力場中，連續(xù)穩(wěn)定流動的不可壓縮流體, 應用 （1）依題意畫出流程示意圖，標明流動方向； （2）選取適當截面，與流向垂直； 截面的選取應包含待求的未知量和盡可能多的已知量，如大截面、敞開截面； （3）式中各項的單位相同； （4） 基準一致，壓力基準，位頭基準； （5）流速使用所選截面上平均速度, 有效功率 Pe與效率,2.牛頓粘性定律, 流體的粘度,SI單位制 ：1cp=10-3Pa.s 實驗測定, 運動粘度,m2/s, 影響因素 P：壓力很高或很低時才有影響 T：氣體- T， 液體- T， ,牛頓型流體,非牛頓型流體,1.4.2 流體流動的

2、類型-層流及湍流,1、雷諾試驗 1883年, 英國物理學家Osbone Reynolds作了如下實驗。,2、雷諾試驗現(xiàn)象,兩種穩(wěn)定的流動狀態(tài)：層流、湍流,用紅墨水觀察管中水的流動狀態(tài),湍流：主體做軸向運動，同時有徑向脈動 特征：流體質點的脈動,層流： * 流體質點做直線運動 * 流體分層流動，層間不相混合、不碰撞 * 流動阻力來源于層間粘性摩擦力,過渡流：不是獨立流型（層流+湍流）， 流體處于不穩(wěn)定狀態(tài)（易發(fā)生流型轉變） 生產(chǎn)中，一般避免過渡流型下操作,3、實驗分析,（1）影響狀態(tài)的因素： d , u , ,Re是無因次數(shù)群：,（2）圓形直管中 Re2000 穩(wěn)定的層流,Re 4000 穩(wěn)定的

3、湍流,2000 Re 4000 不穩(wěn)定的過渡流,（1）剪應力分布,1.4.3 直圓管內流體的流動(研究剪應力分布、流速分布),穩(wěn)態(tài)流動,整理得：,適用于層流或湍流,穩(wěn)態(tài)流動,適用于層流或湍流,（2） 層流的速度分布,層流時剪應力分布,可見，層流流動的速度分布為一拋物線； 壁面處速度最小，0 管中心處速度最大, 圓管內層流流動時的幾個重要關系 uav 和 umax,因此,動能校正因子, 壁面剪應力與平均流速間的關系,故：,（3） 湍流條件的速度分布和剪應力 湍流描述 主要特征：質點的脈動 瞬時速度= 時均速度+ 脈動速度,渦流粘度，與流動狀態(tài)有關,湍流時,較常見的情況, 當Re處于1.11053

4、.2106之間時，,指數(shù),此時,動能校正因子,獲得方法：實測、經(jīng)驗公式, 速度分布,書P39 圖1.4.12：給出算圖，查取平均流速 縱坐標：,橫坐標：,求平均流速的方法 1、速度分布未知 2、速度分布已知,1.4.4 邊界層概念,1、流動邊界層 （1）邊界層的形成條件 流動 實際流體 流過固體表面 （2） 形成過程 流體流經(jīng)固體表面 由于粘性，接觸固體表面流體的流速為零 附著在固體表面的流體對相鄰流層流動起阻礙作用，使其流速下降 對相鄰流層的影響，在離開壁的方向上傳遞，并逐漸減小 最終影響減小至零，當流速接近或達到主流流速時，速度梯度減少至零,（3）流動邊界層 流體的速度梯度主要集中在邊界層

5、內，邊界層外，du/dy0 向壁靠近，速度梯度增大(du/dy)max 湍流邊界層中，速度梯度集中在層流底層,（4）流動邊界層的發(fā)展 平板上： 流體最初接觸平板時，x=0 處，u0=0 =0 隨流體流動，x增加，增加（層流段） 隨邊界層發(fā)展， x增加，增加。質點脈動，由層流向湍流過渡。轉折點距端點處為x0 充分發(fā)展：x x0 ，發(fā)展為穩(wěn)定湍流,層流：,湍流：,轉折點：,邊界層隨x增加而增厚,圓形管中：,測量點必須選在進口段x0以后，通常取x0 =（50-100）d0,Xo以后為充分發(fā)展的流動,層流,湍流,不管層流還是湍流，邊界層厚度等于半徑, 當流速較小時 流體貼著固體壁緩慢流過（爬流）,（5

6、）流動邊界層的分離 流體繞固體表面的流動, 流速不斷提高，達到某一程度時，邊界層分離, 邊界層分離的條件, 逆壓梯度 ； 壁面附近的粘性摩擦, 邊界層分離對流動的影響 邊界層分離-大量旋渦-消耗能量-增大阻力。由于邊界層分離造成的能量損失，稱為形體阻力損失。邊界層分離使系統(tǒng)阻力增大 減小或避免邊界層分離的措施 調解流速，選擇適宜的流速 改變固體的形體。 如汽車、飛機、橋墩都是流線型,1.4.5 流體流動阻力計算 （1）流體阻力的表示方法,對應于機械能衡算的三種形式，流體阻力損失亦有三種表達形式:,阻力損失與壓力差的區(qū)別： Pf流體流經(jīng)兩截面間的機 械能損失； P任意兩點間的壓力差。,kJ/kg

7、,m,Pa,二者之間的關系：,當 We=0, z=0, u=0 時：,管路中的流動阻力=直管阻力+局部阻力 直管阻力：由于流體和管壁之間的摩擦而產(chǎn)生 局部阻力：由于速度的大小或方向的改變而引起,（2） 圓形直管內的阻力損失 1） 范寧公式 流體流動阻力-流體與壁面間的摩檫力,J/kg,m,Pa,* 層流時的摩擦系數(shù)及Hangen-Poiseuille方程,摩擦系數(shù)：,2) 摩擦系數(shù),Hangen-Poiseuille方程,* 湍流條件下的摩擦系數(shù) 影響因素復雜，一般由實驗確定。 影響因素： 幾何尺寸及形狀； 表面情況 ； 流體的物性，如 密度，粘度等； 流速的大小。 利用量綱分析法可以得到：,式中 粗糙度 相對粗糙度,* 摩擦系數(shù)圖 層流區(qū) Re2000 過渡區(qū) 2000Re4000 湍流區(qū)： Re4000 不完全湍流區(qū) 完全湍流區(qū) （阻力平方區(qū)）,* 摩擦因子變化規(guī)律分析 粗糙度對的影響： 層流時：繞過突出物，對無影響。 湍流時： 當Re較小時，層流底層厚，形體阻力小，突出物對的影響??； 當高度湍流時，層流底層薄，突出物充分暴露，形成較大的形體阻力，突出物對的影響大。 * 用公式求取摩擦系數(shù) p47,Blasuis公式,作業(yè)：P88 18、 24 、25,