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1、1、流动阻力产生的外因和内因判断：* 牛顿型流体层流时所受的剪应力与法向 速度梯度成正比，与法向压力无关，其粘度与法向速度梯度无关。 * 一般而言，气体比液体粘度小，且 随温度升高而增大。2、流动类型、判据、如何看待过渡流、湍流的特征；稳定流型为层流和湍流，过渡流为不稳定流型，设计时应避免。流体质点的脉动,提出问题?,1.4 流体流动阻力,3、强化传递过程的流动条件及其代价。,提出问题?,湍流时传热、传质，传递阻力，强化过程。,代价：流动阻力，动力消耗。,工业上，综合考虑，找到最经济、最优化的方案。,1.剪应力分布（P34） 对流体做受力分析得到 线性分布, 适用于层流及湍流,r = R (壁
2、面) ，r = 0 (管中心) ，,1.4.3 圆直管内流体的流动目的：研究流速分布、剪应力分布,2.速度分布（P35） 1) 层流流动,抛物线r = R (壁面) ,r = 0 (管中心) ,2）湍流条件的速度分布 湍流特征： 速度描述：,质点的脉动,脉动速度数值随机，无法用数学式表达湍流：不符合牛顿粘性定律动量传递是分子扩散和涡流扩散共同作用,不是流体的物性参数，与流动状况密切相关,2）湍流速度分布 获得方法：实验测定、 经验公式 （P38） 特点：径向速度分布较平均， 速度梯度分布不均匀。,湍流,常用指数分布公式： 其中，,书P39 图1.4.12：给出算图，查取平均流速 坐标：,问题：
3、求平均流速的方法 1、速度分布未知 2、速度分布已知,提出问题?,边界层的产生 发展 分离研究边界层目的- 指导流动阻力的研究与计算,1-4-4 边界层的概念 流动边界层- 靠近固体壁面处，很薄的流体层 本节主要内容- * 平板上 * 圆管中,1、平板上流体的流动边界层 1）边界层的形成 边界层理论是1904年普朗特提出 边界层厚度,例：20C的空气以10m/s流过平板时，在距离平板前缘100mm处，边界层厚度约为1.8mm,1、平板上流体的流动边界层,* 边界层外，,* 壁面处，,边界层意义：流动阻力及速度梯度，主要集中在边界层内边界层内，,2） 边界层的发展 层流边界层 湍流边界层 湍流边
4、界层： 湍流中心 过渡层 层流内层,层流内层 层流内层很薄，但对传递过程影响很大； 传递阻力，主要集中于层流内层中； 湍动，层流内层厚度，传递阻力。,对平板，层流 湍流的临界雷诺数,问题： 圆直管内，流型判断,3） 边界层厚度 层流边界层， 湍流边界层，,流动状态描述： X：特征尺寸 平板- 离开平板前沿的距离 l 圆管- 直径d,2、圆形直管内的流动边界层 问题：与平板流动边界层的区别 （1）边界层从 壁面 管中心 发展；,（2）存在进口段（正在发展的边界层） 问题：进口段对参数测量有何影响 测量参数时，应避开进口段。,（3）稳定管段 * 边界层充分发展后，在管中心处汇合 * 截面上各点、d
5、u/dy不再变化 * 稳定管段中，所有流体都处在边界层内 * 管内流动状态-取决于汇合点处流动状态 * 稳定管段中边界层最大厚度-管道半径,进口段长度：层流， 湍流，,层流时,湍流时,不管层流还是湍流，边界层厚度等于圆管半径。,充分发展的流动：,(a）当流速较小时 流体贴着固体壁缓慢流过 (爬流)。,流动边界层的分离 流体绕固体表面的流动。,(b) 流速不断提高，达到某一程度时，边界层分离。指：流体流过曲面时，由于流道形状的改变，造成流体边界层脱离壁面的现象。边界层分离产生形体阻力,(c)边界层分离的条件, 逆压梯度，流体动能耗尽 壁面附近的粘性摩擦,流体流过单球体,2）分离对流动的影响 产生
6、形体阻力， 使流动阻力损失。,形体阻力* 由于边界层分离， 造成的能量损失。* 化工管路中常见， 如弯管、阀门处 形体阻力直管阻力减少形体阻力的方法- 流线形、导向板如汽车、飞机、桥墩都是流线型,1、流体阻力的三种表示方法,2、总阻力 直管阻力（粘滞力引起） 局部阻力（形体阻力）总阻力=直管阻力+局部阻力,一、圆形直管内的阻力损失 1、范宁公式 公式推导： 稳态流动流体 作受力分析,对比机械能衡算方程：,其它形式：,2、几点讨论1）适用范围 圆形直管，对管的位置、流型无要求2）特例： * 水平管中范宁公式的形式,水平管中压差计读数 R，直接反映管段阻力损失，也即压力差,水平等径管,2）特例：*
7、 变径管中范宁公式的使用必须按照不同管径，分别使用,提出问题?,变径管中，压差计读数 R反映的信息,反映管段的总势能差、或者阻力损失与动能差,倾斜变径管,倾斜等径管,倾斜变径管,水平变径管,2、不同管道中压差计读数R反映的信息,水平等径管,压差及流动阻力,压差,流动阻力,不直接反映压差及流动阻力,书P77 第10题 重新分析1、倾斜变为水平后，各种能量有何变化？2、考虑阻力损失时，结果又怎样？,3、摩擦系数 1）层流 代入范宁公式：,哈根-泊稷叶方程用于层流，,2）湍流条件下的摩擦系数 影响因素复杂，一般由实验确定。 影响因素： 利用量纲分析法：,湍流的获得方法：* 摩擦因子图（莫狄图）书P4
8、7 图1.4.18 坐标：双对数坐标,根据实验，得到莫狄（Moody）摩擦系数图。,摩擦因子图（莫狄图）分四个区域： 层流区 过渡流区,完全湍流区 (阻力平方区),工程操作及设计时常用,不完全湍流区,问题：1、过渡流，按哪种流型查 按湍流查，安全系数大； 2、对待过渡流的工程观点 工程设计时，避免过渡流（不稳定） 湍流区,湍流的获得方法：* 计算公式 可参考有关资料，如书 P47-48。,二、流体在非圆形直管中的流动阻力 1、计算方法：实验归纳法 写成范宁公式的形式,当量直径 非圆管阻力：,3）用于求摩擦系数 层流： （C取值，P50表1.4.2）,湍流：可查莫狄图（计算时，把Re中dde）,
9、2、当量直径的用途 1）计算阻力损失,2）计算非圆管中的Re，判断流型 非圆管中，,3、几种常见流道的当量直径 1）圆管 2）矩形流道 3）环形流道,4）三角形流道,三、局部阻力 指： 产生原因： 计算方法：,管件、阀门、测量接口、管进出口段,形体阻力,实验，归纳出经验公式,方法：把局部阻力折合成直管阻力 le：当量长度 其它参数：取直管数值le 数据见P51-54,获得：见有关资料。书P51-53特例：1、突然扩大 2、突然缩小,管口内管口外,注意：选在管口内外压力相同根据实际情况选择管口内、外,问题：1、等径管总阻力计算,四、系统的总阻力 系统总阻力=系统各直管阻力+局部阻力,2、变径管总阻力计算,变径管d,u,不同，需分段计算阻力例：从A-C做衡算,三角形流道的当量直径,提出问题?,作业：P8524、25,
