【文章內(nèi)容簡介】 ( Tpf??液體 : )(Tf?? T ↑ → ? ↓ 氣體 : 一般 )(Tf?? T ↑ → ? ↑ 超高壓 ),( Tpf?? p ↑ → ? ↑ 粘度的物理本質(zhì) ： 分子間的引力和分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞 。 2022/4/13 49 2. 粘度的單位 SI制： Pas 或 kg/(ms) 物理制： cP(厘泊 ） 換算關(guān)系 1cP＝ 103 Pas 粘度 μ與密度 ρ之比 。 ??? ? m2/s 2022/4/13 50 （ 三 ） 剪應(yīng)力與動(dòng)量通量 分子動(dòng)量傳遞是由于流體層之間速度不同 ， 動(dòng)量由速度大處向速度小處傳遞 。 ??? AdmuddduAmAmaAF )(????smsmkgmsmkgmN2222//][ ??????動(dòng)量通量：單位時(shí)間 、 通過單位面積傳遞的動(dòng)量 。 剪應(yīng)力＝動(dòng)量通量 2022/4/13 51 dyuddyuddyud )()(.??????? ??????msmmkgyu ??3][?—— 動(dòng)量濃度梯度 sm /][ 2?? ???—— 運(yùn)動(dòng)粘度或動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù) 動(dòng)量通量＝－動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù) ?動(dòng)量濃度梯度 2022/4/13 52 牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體； 非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體 。 （ 四 ） 牛頓型流體與非牛頓型流體 2022/4/13 53 二 、 流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù) （ 一 ） 雷諾實(shí)驗(yàn) 2022/4/13 54 層流 （ 或滯流 ） ：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng) ， 質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng) ， 質(zhì)點(diǎn)之間互不混合； 湍流 （ 或紊流 ） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外 ， 還有徑向脈動(dòng) ， 各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化 ， 質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合 。 （ 二 ） 流型判據(jù) —— 雷諾準(zhǔn)數(shù) ?? udRe ? 無因次數(shù)群 2022/4/13 55 1. 判斷流型 Re≤2022時(shí) ， 流動(dòng)為層流 ， 此區(qū)稱為層流區(qū)； Re≥4000時(shí) ， 一般出現(xiàn)湍流 ， 此區(qū)稱為湍流區(qū)； 2022 Re 4000 時(shí) ， 流動(dòng)可能是層流 ， 也可能是湍流 ， 該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū) 。 Re反映了流體流動(dòng)中 慣性力與粘性力的對比關(guān)系 ， 標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度 。 2022/4/13 56 三 、 流體在圓管內(nèi)的速度分布 （ 一 ） 層流時(shí)的速度分布 2022/4/13 57 由壓力差產(chǎn)生的推力 221 π)( rpp ?流體層間內(nèi)摩擦力 dd (2 π )rruuF A rl??? ? ? ?212d() π (2 π )drup p r rlr?? ? ?12d ( )d2ru p p rrl ????管壁處 r＝ R時(shí) ， ＝ 0， 可得速度分布方程 .u22()4rpu R rl????2022/4/13 58 管中心流速為最大 ， 即 r＝ 0時(shí) ， ＝ umax .u221m a x 4)( Rlppu???2max 1rruuR?????? ????????管截面上的平均速度 : V0ma x22 π 1π 2Rru rd rquuAR? ? ??即 層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的 1/2。 即流體在圓形直管內(nèi) 層流流動(dòng) 時(shí) ， 其速度呈 拋物線分布 。 2022/4/13 59 （ 二 ） 湍流時(shí)的速度分布 剪應(yīng)力 ： yuedd)(??? ??e為湍流粘度 ， 與流體的流動(dòng)狀況有關(guān) 。 m a x 1nrruuR????????湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式： 2022/4/13 60 10171,61,66554?????????????nRenRenRen與 Re有關(guān) ， 取值如下： 1/7次方定律 71?n當(dāng) 時(shí) ， 流體的平均速度 : Vm 2quuA??2022/4/13 61 湍流流動(dòng)時(shí)： ?2022/4/13 62 湍流流動(dòng)時(shí)沿徑向分為三層： ? 湍流主體 ? 過渡層 ? 層流內(nèi)層 2022/4/13 63 第四節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失 直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而 產(chǎn)生的阻力； 局部阻力：流體流經(jīng)管件 、 閥門等局部地方由于流速 大小及方向的改變而引起的阻力 。 一 、 直管阻力 （ 一 ） 阻力的表現(xiàn)形式 2022/4/13 64 流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng) 。 22121 1 2 2 f1122ppz g u z g u h??? ? ? ? ? ?2022/4/13 65 21 uu ? 21 zz ?12fpph????若管道為傾斜管 ， 則 12f 1 2( ) ( )pph z g z g??? ? ? ? 流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少； 水平安裝時(shí) ， 流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差 。 2022/4/13 66 （ 二 ） 直管阻力的通式 由于壓力差而產(chǎn)生的推動(dòng)力： ? ? 4π 221 dpp ?流體的摩擦力： dlAF π?? ??dldpp π4π)(221 ???f4 lhd ???2f 282luhud???令 28u??? ?定態(tài)流動(dòng)時(shí) 2022/4/13 67 —— 直管阻力通式 （ 范寧 Fanning公式 ） 其它形式： ? —— 摩擦系數(shù) （ 摩擦因數(shù) ） 則 2f 2luhd??J/kg 壓頭損失 2f 2luHdg??m 壓力損失 22fudlp ???? Pa 該公式層流與湍流均適用； 注意 與 的區(qū)別 。 p?fp?2022/4/13 68 （ 三 ） 層流時(shí)的摩擦系數(shù) m a x21 uu ?221m a x 4)( Rlppu???速度分布方程 2dR ?22132)(dlupp ???2f32dlup ???又 —— 哈根 泊謖葉 （ HagenPoiseuille） 方程 2022/4/13 69 f 232 luhd???能量損失 層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比 。 22f 23 2 6 4 6 422l u l u l uhd d u d R e d????? ? ? ? ? ? ?Re64??變形： 比較得 2022/4/13 70 （ 四 ） 湍流時(shí)的摩擦系數(shù) 1. 量綱分析法 目的 ：（ 1）減少實(shí)驗(yàn)工作量； （ 2）結(jié)果具有普遍性，便于推廣。 基礎(chǔ) ：量綱一致性 即每一個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等 ， 而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的量綱 。 2022/4/13 71 基本定理 ：白金漢 （ Buckingham） π 定理 設(shè)影響某一物理現(xiàn)象的獨(dú)立變量數(shù)為 n個(gè) ，這些變量的基本因次數(shù)為 m個(gè) ， 則該物理現(xiàn)象可用 N＝ （ n－ m） 個(gè)獨(dú)立的無量綱數(shù)群表示 。 湍流