7-第三节 流体在管内的流动阻力

主要教学内容及步骤

复习：

柏努利方程式

引入：

前面曾经指出，流体流动时会遇到阻力。流体阻力的大小与流体的动力学性质（粘度）以及其他因素有关。

新课：流体的粘度

板书：一、流体的粘度

1、流体阻力的表现和来源

表现：

简单的实验来观测流体阻力的表现，如图1-16所示

由实验可知，存在流体阻力致使静压能下降。阻力越大，静压强下降就越大。静压强下降就是流体阻力的表现。

来源：

流体流过管内时，由于流体对管壁有附着力，因此壁面粘附一层静止的流体。同时，在流体内部，分子间存在吸引力。所以，当流体流动时，造成流体各层流速差异而发生各层间相对运动。所以，流体在圆管内流动时，实际上是被分割成无数极薄的圆筒，一层套着一层，各层以不同的速度向前运动。

（1）流体在管内流动时，流速快的流体层对相邻的流的较慢的流体层产生一种牵引力，而流速慢的一层则产生一种阻碍力。所有层与层之间的阻碍力形成流体阻力。这种流体阻力，是由于层与层之间的作用，在流体内部发生的，故称为内摩擦力。内摩擦是产生流体阻力的根本原因。

（2）此外，当流体流动激烈呈紊乱状态时，流体质点流速的大小与方向发生急剧的变化，质点之间相互激烈地交换位置，这种运动的结果，也会损耗流体的机械能，而使流体阻力增大。可以说，流体流动状况是产生流体阻力的第二位原因。

（3）管壁粗糙程度和管子的长度、直径均对流体阻力的大小有影响。

2、流体的粘度

定义：决定流体内摩擦力大小的物理性质称为粘性。衡量流体粘性大小的物理量称为粘度，用符号μ表示。

实验证明：对于一定的液体，两块板的相对速度u越大，板面积A越大，两板间的距离y越小，则所需要外加的作用力F就越大，也就是内摩擦力越大。

主要教学内容及步骤

引入：

上面讨论过，影响流体阻力的因素，除了流体的粘度外，还有流体流动状况等。

板书：一、流体的流动类型

1、流体的流动类型的实验------雷诺实验

用下图所示的装置

可以直接观察到流体的流动类型和各种有关因素对流动类型的影响。这个实验由雷诺首先进行，故称为雷诺实验。

现象：

层流时，玻璃管内水的质点沿着与管轴平行的方向作直线运动，不产生横向运动，从细管引到水流中心的有色液体成一条直线平稳地流过整玻璃管。若逐渐提高水的流速，有色液体的细线出现波浪。速度再高，有色细线完全消失，与水完全混为一体，此时即为湍流。显然，湍流时，水的质点除了沿管道向前运动外，还作不规则的杂乱运动，且彼此相互碰撞与混合。质点速度的大小和方向随时间而发生变化。

板书：2、流体流动的类型

实验表明，流体在管道中的流动状态可分两个类型：

（1）层流（滞流）：质点始终沿着与管道中心线相平行的方向流动。

（2）湍流（紊流）：质点作不规则运动，流体整体的流向虽不变，但质点的运动速度的大小与方向都随时发生变化。

板书：3、流动类型的判定

在不可观察的管道中，流速u、管径d、密度ρ、粘度μ多方面因素决定

雷诺准数的定义：Re=duρ/μ;