【正文】 果：壁面附件的流體發(fā)生倒流并產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致流體能量的大量損失。 ? 湍流的表征（時(shí)均速度、脈動(dòng)速度、總速度） uuu ??? ? 管中流動(dòng)阻力 ? 層流區(qū)：粗糙管與光滑管中的阻力系數(shù)相同； ? 過(guò)渡區(qū)：幾乎也和相對(duì)粗糙度（ e/d）無(wú)關(guān)； ? 湍流區(qū)：視管內(nèi)粗糙度而定； （ 1）水力光滑管 與粗糙度無(wú)關(guān)！ （ 2）過(guò)渡型圓管 （ 3）完全粗糙管 既與 Re，又和相對(duì)粗糙度相關(guān)！ 只與相對(duì)粗糙度相關(guān)！ ※ 計(jì)算公式 ? 不可壓縮流體的連續(xù)性方程 0????????? zuyuxu zyx? 阻力 ?? LDC平板壁面上層流邊界層： 203yuLpxpLp bf ??????????平板壁面（充分發(fā)展流段）流動(dòng)阻力： 28ibdfrudzdpLp ?????圓管（充分發(fā)展流段）流動(dòng)阻力： AuCF Dd 220?? ? 速度分布： 平板壁面（層流邊界層）： 平板壁面（湍流邊界層）： 平板壁面（充分發(fā)展流段）： 圓管（充分發(fā)展流段）： ma x32 uub ? ?????????????????? 20ma x 1 yyuuxma x21 uub ? ?????????????????? 2ma x 1ix rruu 30 2123 ????????????????yyuu x 7/10??????? ?yuu x ??xx?? 邊界層厚度 層流： ? ? 5/ ?? xx?湍流： ※ 考題： ? 選擇題（ 1分） 1. 若對(duì)一長(zhǎng)度超過(guò)臨界長(zhǎng)度的平板，采用湍流阻力系數(shù)計(jì)算該板所受的摩擦阻力，則結(jié)果 A. 合理 B. 不合理 C. 偏大 D. 偏小 。此區(qū)域稱為逆壓區(qū)。經(jīng)過(guò)這段距離后，邊界層中的流動(dòng)型態(tài)由層流經(jīng)一 過(guò)渡區(qū) 逐漸轉(zhuǎn)為湍流，此時(shí)的邊界層稱為 湍流邊界層 。 ? 形成與發(fā)展 形成：一流體以 u0流到平板前緣時(shí)， 緊貼壁面的流體 停滯不動(dòng)， 流速為零 ，從而在 垂直于流動(dòng)的方向上 建立起一個(gè) 速度梯度 。 xxx uuu ??? yy uu ?zzu ?? xxuuI 2??I??？ I大？ 第二節(jié) 湍流時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程 ※ 不可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 層流流動(dòng) 湍流流動(dòng) 0????????? zuyuxu zyx 0?????????zuyuxu zyx? 連續(xù)性方程 ? ? ? ? ? ?zxzxyxyxxxxxzxyxxuuzuuyuxXzuuyuuxuu??????????????????????????????????????????2zyxXzuuyuuxuu zxyxxxxzxyxx ?????????????????????????? ?????層流流動(dòng) 湍流流動(dòng) ? 運(yùn)動(dòng)方程 rxx? ryx? rzx?雷諾應(yīng)力 第三節(jié) 湍流的半經(jīng)驗(yàn)理論 ※ 普蘭德混合長(zhǎng)理論 湍流流動(dòng)中， 流體團(tuán)的脈動(dòng)與分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)相似 ，即在一定距離 內(nèi)，脈動(dòng)的流體團(tuán)將不和其他流體團(tuán)相碰因而保持自己的動(dòng)量不變。 解：由有關(guān)數(shù)據(jù)表中查處空氣在 1 和 20 下的物性值為 計(jì)算 的雷諾數(shù) 故距平板前緣 m處的邊界層為層流邊界層。 ,10 25 sm?? mkg解：首先計(jì)算距平板前緣 m處的雷諾數(shù)，確定流型 ? ?? ? 450 ????? ?vxux 5105?流動(dòng)在層流邊界層范圍之內(nèi)。 ※ 發(fā)生場(chǎng)合：流體流經(jīng)管件、閥門、管路突然擴(kuò)大與突然縮小以及管路的進(jìn)出口等局部地方； 當(dāng)流體繞過(guò)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在什么情況下會(huì)出現(xiàn)”逆壓力梯度”？存在壓力梯度的條件下，是否一定會(huì)發(fā)生邊界層分離，為什么？ P9394 第二節(jié) 普蘭德邊界層方程 一、 平板層流 邊界層微分方程 普蘭德邊界層方程：不可壓縮流體的 NavierStokes方程，利用 量級(jí)分析 進(jìn)行簡(jiǎn)化。 ? 邊界層的兩種情形： （ i） u0較小，層流邊界層 → 充分發(fā)展的層流流動(dòng)； （ ii） u0較大，層流內(nèi)層 → 緩沖層 → 充分發(fā)展的湍流主體； 三、邊界層厚度的定義 邊界層厚度 δ 邊界層厚度 δ約在 103m的量級(jí) %990?? uuy x? 四、邊界層的分離 ※ 現(xiàn)象：當(dāng)一 粘性流體 流過(guò)曲面物體，物體表面 曲率較大 時(shí)，邊界層與固體壁面相脫離。經(jīng)過(guò)這段距離后，邊界層中的流動(dòng)型態(tài)由層流經(jīng)一 過(guò)渡區(qū) 逐漸轉(zhuǎn)為湍流，此時(shí)的邊界層稱為 湍流邊界層 。 P74 二、邊界層的形成與發(fā)展 ※ 平板壁面 形成：一流體以 u0流到平板前緣時(shí)， 緊貼壁面的流體 停滯不動(dòng)， 流速為零 ，從而在 垂直于流動(dòng)的方向上 建立起一個(gè) 速度梯度 。 粘性力不能忽略！ ※ 大雷諾數(shù)的流動(dòng)： 粘性力慣性力????duRe整個(gè)流動(dòng)劃分為兩個(gè)性質(zhì)截然不同的區(qū)域： 重要 其一：緊貼物體壁面一層非常薄的區(qū)域，邊界層。試求甘油的粘度？ 解：由式 （ 351） 得 Luprbfi8???mr i 001 ??式中 pap f ??? smdVu Sb /262 ?????? ??? L = m 將以上各值代入上式中，得 sPa ???? ??? 52?校核流動(dòng)的雷諾數(shù) ????? ? ?bdu因此流動(dòng)為層流，計(jì)算是正確的。 第三節(jié) 圓管中的軸向穩(wěn)態(tài)層流 ※ 不可壓縮 流體在 水平圓管 中作 穩(wěn)態(tài)層流 流動(dòng) ※ 速度分布方程： ? ?224 1 rrdzdpu idz ??? ?※ 最大流速： 2max 41id rdzdpu???※ 主體流速： ma x21 uub ?重要 ※ 流動(dòng)阻力： 28ibdfrudzdpLp ?????※ 范寧摩擦系數(shù) f： 464Re22??? ???bsuf摩擦系數(shù) λ= 64/Re 重要 ? ????????? ??? 224 1 rrdzdpu idz ?※ 圓管壁面處的剪應(yīng)力： ibrrzs rudrdui??? 4???? 例 33 毛細(xì)管粘度計(jì)測(cè)量流體粘度的原理是使被測(cè)流體在一細(xì)長(zhǎng)的圓管（毛細(xì)管）中作穩(wěn)態(tài)層流流動(dòng)，測(cè)定流體流過(guò)整個(gè)圓管的壓力降，從而求出流體的粘度。此時(shí)，在自由表面上滿足 ),(0,0 zyxjip ijii ???? ??上式表明，自由表面上法向應(yīng)力分量在數(shù)值上等于氣體的壓力，而剪應(yīng)力分量為零 （三）關(guān)于重力項(xiàng)的處理 Xxp ???? Yyp ???? Zzp ????歐拉平衡微分方程 xpX s????1yYszpZ s????1ps：流體的靜壓力 靜止流體 不可壓縮流體的奈維 斯托克斯方程： )()(1)()(1)()(1222222222222222222zuyuxuzppDuDuzuyuxuyppDuDuzuyuxuxppDuDuzzzszyyysyxxxsx???????????????????????????????????????????????????sd ppp ??令 流體的動(dòng)力壓力，簡(jiǎn)稱動(dòng)壓力，是流體流動(dòng)所需要的壓力 封閉管道中流體流動(dòng) )(1)(1)(1222222222222222222zuyuxuzpDDuzuyuxuypDDuzuyuxuxpDDuzzzdzyyydyxxxdx????????????????????????????????????????????????將以上三式寫成向量形式，為 uvpD uD d ??21 ???????※ 不可壓縮流體的奈維 斯托克斯方程 )(1)(1)(1222222222222222222zuyuxuzpDDuzuyuxuypDDuzuyuxuxpDDuzzzdzyyydyxxxdx????????????????????????????????????????????????※ 不可壓縮流體的奈維 斯托克斯方程 不可壓縮流體的連續(xù)性方程 ？？ 第三章 運(yùn)動(dòng)方程的運(yùn)用 第一節(jié) 阻力系數(shù) （一）繞流流動(dòng)與曳力系數(shù) AuCF Dd 220??曳力： dF220u?ADC流體對(duì)物體施加的總曳力 遠(yuǎn)離物體表面的流體速度 物體表面的受力面積 曳力系數(shù) （二）管內(nèi)流動(dòng)與范寧摩擦系數(shù) 22bufs???fs?bu流體的平均流速 圓管壁面處的剪應(yīng)力 范寧摩擦因數(shù) 第二節(jié) 平壁間與平壁面上的穩(wěn)態(tài)層流 一、平壁間的軸向平行層流 ※ 應(yīng)用場(chǎng)合：板式熱交換器，各種平板式膜分離裝置等； ※ 特點(diǎn)：平壁無(wú)限寬，忽略平壁寬度方向流動(dòng)的變化，可認(rèn)為是一維流動(dòng)； 0?? zy uu一維流動(dòng)： 不可壓縮流體： 0??? xu x平壁無(wú)限寬： 0??? zu x連續(xù)性方程 y方向奈維 斯托克斯方程： gyp ?????z方向 奈維 斯托克斯方程 ： 0???zp ?????????????22yuxp x?x方向奈維 斯托克斯方程： )(1)(1)(1222222222222222222zuyuxuzZDDuzuyuxuyYDDuzuyuxuxXDDuzzzzyyyyxxxx??????????????????????????????????????????????????? ※ 平壁間 不可壓縮 流體作 穩(wěn)態(tài)層流 的速度分布 ? ?2023 1 yyxpu x ???? ?? 忽略流道進(jìn)、出口處的影響，流體速度分布呈 拋物線形狀 ※ 最大流速（ umax） y = 0時(shí) 2max 021 yxpu?????※ ux與 umax之間的關(guān)系： ?????????????????? 20ma x 1 yyux “ ” ？ 雷諾試驗(yàn) ※