流体流动的内部结构PPT优选版
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
③ 层流与湍流的本质区别：层流无径向脉动，湍流有 径向脉动。
武汉工程大学化工原理课件
二、流动型态判据
1. 影响流动型态的因素 设备因素：管径d 操作因素：流速u 物性因素：流体的密度ρ及粘度μ。
Re du
无因次数群或准数
m.m.sP 1 a..ksg.m3kgm .m .1s.s 21 .m .kg 2.s1
1. 速度分布
层流: du
dr
1 2 r
2l du 1 2 rdr
2l
u (R2 r2) 4l
du 1 2 r
dr 2l
udu12
r
rdr
0
2l R
u
R2(1
r
2
)
4l
R2
武汉工程大学化工原理课件
u
4l
R2(1
r R2
2
)
r0,uumax
r2 u umax (1 R2 )
F gsingr2(z1z2)
F 1F 2FF gsin 0
r 2 p 1 r 2 p 2 2 r lg r 2 ( z 1 z 2 ) 0
p1g1z(p2g2z)2r l
(p1gz1)(p2gz2)r
2l
圆形直管内剪应力与半径成线性分布
武二汉、工层程流大时学的化数工学原分理析课件
流体 流体
流体
有色液体
a.层流 有色液体
b.过渡流 有色液体
c.湍流
武汉工程大学化工原理课件
2. 两种流型 ① 层流(滞流)：流体质点沿流动方向作直线运动，各
质点互不碰撞，互不混合。
② 湍流(紊流)：流体质点作不规则的杂乱运动，并互 相碰撞、混合，产生旋涡，介于层流与湍流之间的 情况称为过渡流，处于不稳定状态。
武汉工程大学化工原理课件
1.4 流体流动的内部结构
❖ 1.4.1 流体流动类型与雷诺准数 ❖ 1.4.2 湍流的基本特征 ❖ 1.4.3 圆管内流体运动的数学描述 ❖ 1.4.4 边界层及边界层脱离
武汉1工.4程.大1 学流化体工原流理动课类件 型与雷诺准数
一、两种流动型态——层流和湍流
1. 雷诺实验(1883年，英国)
武汉工程大学化工原理课件
2.判断流型
Re≤2000时，流动为层流，层流区； ② 湍流(紊流)：流体质点作不规则的杂乱运动，并互相碰撞、混合，产生旋涡，介于层流与湍流之间的情况称为过渡流，处于不稳定
状态。
2R0e0≥湍04<流0R0，0e时不<4，稳0一0定0般的时出过，现渡流湍区动流。可，能湍是流层区流；，也可能是 ②状33R边流边—充充简一C湍边C边CRS流进简n4边SS． 与点SSee圆边态界体界—分分化、流界界体口化界→→→≥湍 反’’R以以单：4管界。 层 在 层 层 发 发 处 流 主 层 层 在 段 处 层SSS流映e0位下 下逆内层有0：：：厚平分流展展理体体区流圆内理区(了0质： ：紊压流及关压流流度板离内的的：的：（型形有：（时流量边 边流梯体边，力道道：上的层流流忽力速边：直边忽边，体流界 界)度运界取：逐截截边流必为动动略平度界层管界略界一流体层 层和动层值流渐面面界动要传：：过衡脉层流内层过层般动的脱 脱粘的脱如体增积积层时条递边边渡及动内边层内渡内出中动离 离性数体下质加逐逐外的件过界界层剪较）界流外层）现惯能 固固剪学：点（渐渐缘边：程层层。应大：层流之。：湍性体 体应描作逆增增与界的厚厚力，速和动分速流力壁 壁力述不压加加壁层主度度分以度湍时，度，与面 面的规梯，，面要不不布湍梯流，分梯湍粘， ，作则度流流间阻再再流度边其为度流性而 而用的）速速的力变变粘很界速层很区力后 后，杂；逐逐垂化化度大层度流大；的倒 倒速乱渐渐直的的为，。呈边，对流 流度运减减距流流主需抛界需比回 回降动小小离动动，考物层考关来 来为，， ，。。。径虑线与虑系， ，0并压压向粘分湍粘。，形 形互力力传度布流度标成 成相逐逐递的。边的志涡 涡碰渐渐因影界影着流 流撞增增速响层响流， ，、加加度，。，体出 出混（（的剪剪流现 现合逆逆脉应应动边 边，压压动力力的界 界产梯梯而不不湍层 层生度度大可可动分 分旋））大忽忽程离 离涡；；强略略度。 。，化。。。介；于层流与湍流之间的情况称为过渡流，处于不稳定
uAu A dAum ax0 R(1R r R )21/72rdr0.817um ax
3．单位质量流体的动能
Ea1 qV
Ru2u2rdr0.53u2
02
哈根-泊稷 叶方程
武三汉、工湍程流大时学的化数工学原分理析课件
1. 速度分布
湍流: () du
dr
经验关联式:
u
umax
(1
r )n R
1 2
2l
r
n与Re有关，取值如下：
4 1 0 4 R e 1 .1 1 0 5 ,n 1 /6
1 .1 1 0 5 R e 3 .2 1 0 6 ,n 1 /7 1/7次方定律
R e3.2106,n1/10
武汉工程大学化工原理课件
u
umax
(1
r )n R
umax
讨论： ① Re愈大，质点湍动愈剧烈，速度分布愈均匀； ② 靠近管壁的一薄层流体流速很小，作层流流动，
这层流体称为层流底层，它往往是传热、传质的主 要障碍
武汉工程大学化工原理课件 2．平均速度与最大速度的关系(n=1/7)
三、湍流时的数学分析 C → S：压力逐渐增加（逆压梯度）；
武汉工程大学化工原理课件
3.物理意义
Re du u2 u/d
流体在单位横截 面积上的惯性力
Fmdu uA uu2
A Adt A
单位面积上的粘性力 duu/d
dy
Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比 关系，标志着流体流动的湍动程度。
流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。
武汉工程大学化工原理课件
2．平均速度与最大速度的关系
udA um ax
uA A
0R(1 R R r2 2 2)2rdr1 2um ax
4 lu m a x8 ul3 2 ul
R 2
R 2
d 2
Байду номын сангаас
3．单位质量流体的动能
Ea1 qV
Ru2u2rdru2
武汉1工.程4.大3 学圆化管工内原理流课体件运动的数学描述
一、流体的力平衡及剪应力分布
轴向受力分析
F1 r2p1
F2 r2p2
F2rl
2r
R
p1
l
τ
Fg sin
z1
g r 2l sin
g r 2 ( z1 z2 )
Fg
p2
z2
α
武汉工程大学化工原理课件
F1 r2p1
F2rl
F2 r2p2
武汉工程大学化工原理课件
二、流动型态判据
1. 影响流动型态的因素 设备因素：管径d 操作因素：流速u 物性因素：流体的密度ρ及粘度μ。
Re du
无因次数群或准数
m.m.sP 1 a..ksg.m3kgm .m .1s.s 21 .m .kg 2.s1
1. 速度分布
层流: du
dr
1 2 r
2l du 1 2 rdr
2l
u (R2 r2) 4l
du 1 2 r
dr 2l
udu12
r
rdr
0
2l R
u
R2(1
r
2
)
4l
R2
武汉工程大学化工原理课件
u
4l
R2(1
r R2
2
)
r0,uumax
r2 u umax (1 R2 )
F gsingr2(z1z2)
F 1F 2FF gsin 0
r 2 p 1 r 2 p 2 2 r lg r 2 ( z 1 z 2 ) 0
p1g1z(p2g2z)2r l
(p1gz1)(p2gz2)r
2l
圆形直管内剪应力与半径成线性分布
武二汉、工层程流大时学的化数工学原分理析课件
流体 流体
流体
有色液体
a.层流 有色液体
b.过渡流 有色液体
c.湍流
武汉工程大学化工原理课件
2. 两种流型 ① 层流(滞流)：流体质点沿流动方向作直线运动，各
质点互不碰撞，互不混合。
② 湍流(紊流)：流体质点作不规则的杂乱运动，并互 相碰撞、混合，产生旋涡，介于层流与湍流之间的 情况称为过渡流，处于不稳定状态。
武汉工程大学化工原理课件
1.4 流体流动的内部结构
❖ 1.4.1 流体流动类型与雷诺准数 ❖ 1.4.2 湍流的基本特征 ❖ 1.4.3 圆管内流体运动的数学描述 ❖ 1.4.4 边界层及边界层脱离
武汉1工.4程.大1 学流化体工原流理动课类件 型与雷诺准数
一、两种流动型态——层流和湍流
1. 雷诺实验(1883年，英国)
武汉工程大学化工原理课件
2.判断流型
Re≤2000时，流动为层流，层流区； ② 湍流(紊流)：流体质点作不规则的杂乱运动，并互相碰撞、混合，产生旋涡，介于层流与湍流之间的情况称为过渡流，处于不稳定
状态。
2R0e0≥湍04<流0R0，0e时不<4，稳0一0定0般的时出过，现渡流湍区动流。可，能湍是流层区流；，也可能是 ②状33R边流边—充充简一C湍边C边CRS流进简n4边SS． 与点SSee圆边态界体界—分分化、流界界体口化界→→→≥湍 反’’R以以单：4管界。 层 在 层 层 发 发 处 流 主 层 层 在 段 处 层SSS流映e0位下 下逆内层有0：：：厚平分流展展理体体区流圆内理区(了0质： ：紊压流及关压流流度板离内的的：的：（型形有：（时流量边 边流梯体边，力道道：上的层流流忽力速边：直边忽边，体流界 界)度运界取：逐截截边流必为动动略平度界层管界略界一流体层 层和动层值流渐面面界动要传：：过衡脉层流内层过层般动的脱 脱粘的脱如体增积积层时条递边边渡及动内边层内渡内出中动离 离性数体下质加逐逐外的件过界界层剪较）界流外层）现惯能 固固剪学：点（渐渐缘边：程层层。应大：层流之。：湍性体 体应描作逆增增与界的厚厚力，速和动分速流力壁 壁力述不压加加壁层主度度分以度湍时，度，与面 面的规梯，，面要不不布湍梯流，分梯湍粘， ，作则度流流间阻再再流度边其为度流性而 而用的）速速的力变变粘很界速层很区力后 后，杂；逐逐垂化化度大层度流大；的倒 倒速乱渐渐直的的为，。呈边，对流 流度运减减距流流主需抛界需比回 回降动小小离动动，考物层考关来 来为，， ，。。。径虑线与虑系， ，0并压压向粘分湍粘。，形 形互力力传度布流度标成 成相逐逐递的。边的志涡 涡碰渐渐因影界影着流 流撞增增速响层响流， ，、加加度，。，体出 出混（（的剪剪流现 现合逆逆脉应应动边 边，压压动力力的界 界产梯梯而不不湍层 层生度度大可可动分 分旋））大忽忽程离 离涡；；强略略度。 。，化。。。介；于层流与湍流之间的情况称为过渡流，处于不稳定
uAu A dAum ax0 R(1R r R )21/72rdr0.817um ax
3．单位质量流体的动能
Ea1 qV
Ru2u2rdr0.53u2
02
哈根-泊稷 叶方程
武三汉、工湍程流大时学的化数工学原分理析课件
1. 速度分布
湍流: () du
dr
经验关联式:
u
umax
(1
r )n R
1 2
2l
r
n与Re有关，取值如下：
4 1 0 4 R e 1 .1 1 0 5 ,n 1 /6
1 .1 1 0 5 R e 3 .2 1 0 6 ,n 1 /7 1/7次方定律
R e3.2106,n1/10
武汉工程大学化工原理课件
u
umax
(1
r )n R
umax
讨论： ① Re愈大，质点湍动愈剧烈，速度分布愈均匀； ② 靠近管壁的一薄层流体流速很小，作层流流动，
这层流体称为层流底层，它往往是传热、传质的主 要障碍
武汉工程大学化工原理课件 2．平均速度与最大速度的关系(n=1/7)
三、湍流时的数学分析 C → S：压力逐渐增加（逆压梯度）；
武汉工程大学化工原理课件
3.物理意义
Re du u2 u/d
流体在单位横截 面积上的惯性力
Fmdu uA uu2
A Adt A
单位面积上的粘性力 duu/d
dy
Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比 关系，标志着流体流动的湍动程度。
流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。
武汉工程大学化工原理课件
2．平均速度与最大速度的关系
udA um ax
uA A
0R(1 R R r2 2 2)2rdr1 2um ax
4 lu m a x8 ul3 2 ul
R 2
R 2
d 2
Байду номын сангаас
3．单位质量流体的动能
Ea1 qV
Ru2u2rdru2
武汉1工.程4.大3 学圆化管工内原理流课体件运动的数学描述
一、流体的力平衡及剪应力分布
轴向受力分析
F1 r2p1
F2 r2p2
F2rl
2r
R
p1
l
τ
Fg sin
z1
g r 2l sin
g r 2 ( z1 z2 )
Fg
p2
z2
α
武汉工程大学化工原理课件
F1 r2p1
F2rl
F2 r2p2