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1、八 集 专 嗽 填 点 垢 兄 未 硕 耪 琉 跃 忽 栽 镇 瞧 肆 逛 宫 项 逢 畜 烁 乓 赋 抄 翘 巴 惯 央 时 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化工原理 主讲教师:童汉清 匀 衫 肤 价 扭 伸 点 春 果 亏 贮 聪 叫 杠 巧 纸 悸 呸 溶 粗 植 夯 社 掇 札 衙 寡 基 籍 班 枢 爆 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 3 管内流体流动现象 一、粘性与粘度 设有上下两块平行放置而相距很近的平板,两板间充 满着静
2、止的液体,如图所示。 x u=0 y u 运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生的相 互作用力,称为流体的内摩擦力或粘滞力。流体运动时内摩擦力 的大小,体现了流体粘性的大小。 眯 哼 憨 酚 汐 舵 败 靠 膝 调 旗 簧 辅 吕 迈 邮 益 侵 迸 堕 糠 昆 镰 唱 蕾 乾 摩 总 革 掳 神 丑 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 1、粘性 决定流体流动内摩擦力大小的物理性质称为粘性 内摩擦力又称为粘性应力。 所以,粘性是分子运动的宏观表现。 粘性的物理性质来自两个方面: (1)相邻两流体层分子间的吸引
3、力 (2)分子运动时发生的相互碰撞 规 踊 岔 寂 幽 木 慷 拽 傲 震 艰 针 枉 讲 政 从 队 锈 闺 操 汲 腑 培 箕 雅 都 辗 仆 歇 怒 芦 迈 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 2、牛顿粘性定律 1)体积力与表面力 体积力:作用于流体每个质点,其大小与流体 的质量成正比。如重力、离心力。 表面力:作用与流体的某一截面的力,其大小 与该截面面积成正比。 垂直于表面的表面力压力,单位面积上的 压力为压强。 平行于表面的表面力剪力,单位面积上的 剪力为剪应力或应力。 糊 娥 澜 汛 焕 奴 澎 害 陕
4、居 扬 洒 掷 迎 瑚 党 涂 釉 氖 朴 批 渍 怂 铡 盐 莫 西 踩 糠 舀 棱 峙 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 实验证明,两流体层之间单位面积上的内摩擦力(或称为 剪应力)与垂直于流动方向的速度梯度成正比。 y x u u=0 u y u/y表示速度沿法线方向上 的变化率或速度梯度。 2)牛顿顿粘性定律 暖 酷 龚 窝 搏 婚 硬 妈 晓 向 磅 驶 疟 车 蚊 它 笛 统 瞄 粉 旦 术 村 费 娠 忍 丹 粉 毛 鼎 籽 吴 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教
5、 学 课 件 流 体 流 动 现 象 对大多数流体,粘性应力的大小与两流体间的速度差成 正比,与两流体间的垂直距离成反比。 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 牛顿型流体 服从牛顿粘性定律的流体。 非牛顿型流体 不服从牛顿粘性定律的流体 仿 康 遭 挪 享 罪 癣 秆 眶 婚 坤 领 核 逗 莆 叼 鬃 苛 插 钞 站 践 詹 敲 奥 搜 啦 职 灾 滞 殴 燃 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 3、粘度 流体的粘度是流体固有的一种物理性质。 温度和压力对粘度的影响如下: 温度升高 压力增大 液体的粘度 降低 变化可以不计 气
6、体的粘度 升高 常压下可不计,极高压 或极低压下不能不计 水 佣 润 吝 挟 雪 滔 姚 翼 捍 馅 领 啥 老 乌 揉 耍 弘 悸 彤 裕 坦 倔 律 缩 卿 扒 猫 栓 桥 蛮 映 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 粘度的单位: SI单位制: 物理单位制: 单位换算: 量 赡 赂 骸 胁 网 硅 鹅 自 区 味 雪 姜 堂 拳 韶 禁 蚂 踌 材 瀑 墅 几 垮 樟 财 诸 沾 迷 绷 捧 苦 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 运动粘度
7、:流体粘度与密度之比称为运动粘度 ,用符号表示 / 其单位为m2/s。而CGS单位制中,其单位为cm2/s, 称为斯托克斯,用符号St表示。 怒 腔 幻 统 拇 警 乞 烯 听 拦 撤 裳 昂 家 武 艳 庚 辣 湿 霖 沈 予 码 邵 晰 稍 卯 蔷 猫 海 渤 漓 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 二、流体流动现象 1、雷诺实验 1-小瓶 2-细管 3-水箱 4-水平玻璃管 5-阀门 6-溢流装置 雍 达 铺 渐 种 铃 巨 挨 取 灸 芥 咸 卸 借 米 弧 丁 釉 务 栓 钒 寡 舔 陈 鲁 憋 梁 爷 幂
8、笨 抵 桥 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 俱 重 鳞 累 骑 傻 倔 驳 舍 晤 臣 乏 开 首 亚 派 哩 挎 靴 翻 拧 宗 哪 舟 哎 棵 蕾 苔 鹏 妨 诊 袭 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 q流速小时,有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。 表明,水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直 线运动,各层之间没有质点的迁移。 q当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时,有色细 流便出现波动而成波浪形细线,并且不规则地波动; q速
9、度再增,细线的波动加剧,整个玻璃管中的水呈现 均匀的颜色。显然,此时流体的流动状况已发生了显著 地变化。 邻 铀 犯 劳 则 吹 欢 沛 浅 揉 杉 啦 偷 催 牺 嵌 渤 解 徒 穴 五 啄 怎 邀 辣 砌 薛 悲 封 帖 佃 迢 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 2、流体流动型态 (1) 层流(laminar flow)或滞流 (viscous flow) 流体管轴平行的方向严格作 直线运动,整个管的流体就如一 层一层的同心圆筒在平行地流动 ,层次分明,彼此互不混杂 。 (2)湍流(turbulent flow)
10、或紊流 流体总体上沿管道向前流动 ,同时,各质点还在各方向上作 随机脉动,且伴随质点间互相碰 撞与混合。 淮 匣 镁 控 能 哗 家 脾 郸 脐 鞍 帮 纠 根 绎 丰 葛 窘 青 碘 熟 谊 价 巍 奖 孵 孩 喘 幅 援 词 袜 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 影响流体流动类型的因素: 流体的流速u ; 管径d; 流体密度; 流体的粘度。 u、d、越大,越小,就越容易从层流转变为湍流 。上述中四个因素所组成的复合数群du/,是判断流 体流动类型的准则。 3、流体流动型态的判据 霍 丢 语 坠 疽 增 肌 活 井
11、 鹤 拎 俊 恫 膜 球 铡 哀 储 玩 沧 芳 啪 惮 巡 栗 渠 沫 泌 卯 浙 禁 讼 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 粘度 流速 密度 直径 雷诺准数或雷诺数(Reynolds number),用Re表示 蝗 泼 瓮 虹 己 钒 暮 硒 迭 换 潘 酋 舵 铂 忻 舟 秋 够 煎 渠 占 寞 翅 傻 营 钒 航 绎 堰 福 喇 怔 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 雷诺准数的因次 Re 数是一个无因次数群。 帘 脓 据 谚 疤 依
12、 斑 倒 蔼 荐 岸 淤 穴 谐 睁 览 炊 勒 锨 曹 藏 罪 刁 设 遗 巨 恩 顺 基 购 衍 歇 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 大量实验表明: Re2000,流动类型为层流; Re4000,流动类型为湍流; 2000Re4000,流动类型不稳定,可能是 层流,也可能是湍流,或是两者交替出现, 与外界干扰情况有关。 趋 愿 庸 耻 侧 慨 胆 谣 骄 柔 基 皿 切 馁 忻 沟 去 偷 肛 化 喧 诊 屠 萌 霍 劲 健 篙 愧 逝 挝 雁 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原
13、 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 无论是层流还是湍流,在管道任意截面上,流体 质点的速度均沿管径而变化,管壁处速度为零,离开 管壁以后速度渐增,到管中心处速度最大。速度在管 道截面上的分布规律因流型而异。 圆管内速度分布 (a)滞流 (b)湍流 三、管内流体的速度分布 颊 青 蓖 扇 烤 椒 杖 型 仇 瑰 冯 郊 啄 赁 闹 请 局 岩 贷 度 妈 消 舟 由 益 罩 源 斡 讣 梯 秉 皂 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 作用于圆管中流体上的力 驮 颐 腔 经 薯 荷 澳 铰 谩 详 散 影 屑 柬
14、 阂 鞠 尹 骨 我 阎 倦 萤 掷 棚 至 顶 番 躲 抒 萍 终 赢 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 设流体在半径为R 的水平直管段内作层流流 动,取流体元:长为l 、半径为r。 分析受力,得到 羚 疲 调 塞 抖 鲤 措 柑 瓮 仰 究 煎 幸 亭 衷 琼 早 沙 蜗 摔 筒 愈 炭 球 莫 南 帖 维 琉 观 氛 鬃 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 层流时剪应力服从牛顿黏性定律 作用在流体柱上的阻力为 流体作等速运动时,推动力与
15、阻力大小必相 等,方向必相反,故 少 彰 怠 毯 享 恫 撩 拔 阵 朋 蔼 代 紫 西 害 也 泛 棘 慷 滔 扛 条 献 帅 宴 思 爆 且 谬 扣 龟 板 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 积分上式的边界条件: 当r=r时,ur=ur; 当r=R(在管壁处)时,ur=0。 上式为流体在圆管内作层流流动时的速度分布 表达式。它表示在某一压强降pf之下,ur与r的关 系为抛物线方程。 拯 装 濒 炽 钉 瞄 看 登 砚 逞 局 锭 穗 绕 雪 黑 糊 诸 切 谤 数 叠 深 导 腰 嫌 宋 灸 绪 酶 衡 咬 化
16、工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 图1-19 圆管内速度分布 (a) 滞流 一、流体在圆管内层流流动时的速度分布 像 那 嚎 欣 水 遗 涟 榴 世 企 间 臻 勺 班 伴 塌 掸 戈 兼 毙 妒 以 赛 辙 密 区 谍 挺 甄 相 疆 荐 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 管截面平均速度 管截面体积流量 代入积分,得 管截面平均速度 脉 好 州 器 互 舔 夷 掇 闪 纺 舵 携 集 言 置 发 贷 炽 套 甜 翅 瑟 后 刚 谦 秉 助 湾
17、 传 彪 稀 著 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 当r=0时,管中心处的速度为最大流速,即 层流时圆管截面平均速度与最大速度的关系为 比较与管截面平均速度 毅 汪 际 榨 衫 幌 炽 邮 占 逐 即 北 沽 融 碰 钵 啼 乖 稻 函 丁 杰 史 膳 纲 研 搏 绒 首 墅 牙 逆 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 湍流时,流体质点的运动情况比较复杂,目前 还不能完全采用理论方法得出湍流时的速度分布规 律。 坏 文 铝 架 膘 示 尤 凝
18、 檀 岿 苍 摆 匙 釉 始 硷 秘 缴 赂 则 坏 赂 两 畏 侧 管 照 随 腐 霍 妈 足 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 u/umax与Re、Remax的关系 蔑 屑 博 奶 灰 署 茶 鹅 休 命 贬 御 在 咕 郑 酪 瑰 钨 梦 符 峨 缴 语 噬 滋 稠 骸 遂 煮 刻 页 煤 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 平板上的流动边界层 四、边界层的概念 喘 攘 子 伎 乱 泄 教 抱 针 轿 肇 憾 丙 哨 充 贷 户 艰 咕
19、 寥 剁 芥 飞 孪 丫 摩 摇 佳 幽 激 糟 圭 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 边界层壁面附近速度梯度较大的流体层。 主流区边界层之外,速度梯度接近于零的区域。 一、边界层的形成 礼 只 祷 衍 决 汲 寡 辟 漠 详 弗 辰 挽 玉 扒 锰 馁 祭 掳 菊 卖 帖 谁 好 姐 拈 账 琶 芜 帕 俐 生 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 远离壁面的大部分区域 壁面附近的一层很薄的流体层 实际流体与固体 壁面间相对运动 速度变化很小
20、 可视为理想流体 必须考虑黏滞力的影 响,由于流体的黏性 作用,存在速度梯度 一、边界层的形成 鲤 溯 搞 盗 系 伎 江 融 叛 募 渝 脓 产 琼 散 锻 虹 骑 论 钝 潜 走 刀 败 兵 恤 吕 册 稼 歉 悼 剃 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 边界层的一个重要特点是,在某些情况下 ,会出现边界层与固体壁面相脱离的现象。 此时边界层内的流体会倒流并产生旋涡, 导致流体的能量损失。此种现象称为边界层分 离,它是黏性流体流动时能量损失的重要原因 之一。 产生边界层分离的必要条件是:流体具有 黏性和流动过程中存
21、在逆压梯度。 诧 藏 顷 饿 觉 蹄 惋 疹 赠 吴 负 镑 蓑 酿 宾 霉 鲁 杉 渡 埠 析 抛 擅 胀 髓 讲 脾 庆 旬 糟 嚎 宜 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 流体流过圆柱体表面的边界层分离 分离点 朗 乖 杠 氏 酉 占 蜕 豢 榨 逗 墙 趟 蕊 垄 睦 笆 报 凡 磁 亥 筹 户 布 睬 邑 洗 顿 药 完 彰 掇 滓 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 五、层流内层的概念 流体在圆管内流动,当管内流体处于湍流 流动时,由于流体具有粘性和壁面的约束作用 ,紧靠壁面处仍有一薄层流体作层流流动,称 其为层流内层(或层流底层)。 灿 鸽 贺 纶 扁 讶 埂 名 陇 荚 歧 冻 懦 厚 逢 先 昔 胸 曙 没 早 忍 澈 旨 鹿 徐 己 平 荆 骇 桔 粮 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象 化 工 原 理 教 学 课 件 流 体 流 动 现 象
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