《冶金传输原理》3 层流流动及湍流流动

1、13. 层流流动 湍流流动23.1 流体的流动状态3.1.1 雷诺试验层流（滞流）：流体质点沿着轴线方向作直线运动，不具有径向的速度，即与周围的流体间无宏观的碰撞和混合。湍流（紊流）：流体质点在管内作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。流体质点除沿轴线方向作主体流动外，还存在径向运动。 湍流状态与层流状态相比，分子扩散的速率要高105106倍层流湍流3雷诺实验 流体流动型态示意图 雷诺实验装置4雷诺准数的定义流型判别的依据雷诺准数 流体的流动状况是由多方面因素决定的流速u 能引起流动状况改变,而且管径d、流体的粘度和密度也影响着流体的流动状态。雷诺准数的因次Re准数是一个无因次数

2、群。组成此数群的各物理量,必须用一致的单位表示。因此,无论采用何种单位制,只要数群中各物理量的单位一致,所算出的Re值必相等。黏性力动力=lvvmr25 * 在生产操作条件下，常将Re2000的情况按湍流考虑。 * Re 的大小不仅是作为层流与湍流的判据，而且在很多地方都要用到它。不过使用时要注意单位统一。另外，要注意d，有时是直径，有时是当量长度。流型的判定 根据Re雷诺准数数值来分析判断流型。对直管内的流动而言：Re2300 层流区 2300 Re 4000 过渡区 Re 4000 湍流区 流型的判定注意事项63.1.2 层流流动层流 小Re 流体运动看上去规则，各部分好像是分层流动 质点

3、的迹线或流场的流线光滑物理理解清楚 湍流 大Re 流体运动看起来极不规则脉动与旋涡 物理理解很不清楚7控制方程封闭密度、粘性为常量，等温条件下层流流动 初值条件 边值条件定解条件初值条件：非稳态情况下，初始时刻场量的分布3.1.2.1 层流流动的定解问题8固体壁面的无渗透无滑移边值条件定解条件边值条件这里，假设固体在法线方向上保持静止流体流动被固体限制在一定的区域内，贴近固体壁面的一层流体由于固体壁面的作用使流体在固体壁面相切的方向上必与固体表面保持相对静止固体壁面的切线速度无滑移边值条件流体在与固体壁面相垂直的方向上，流体不能穿透而进入固体内无渗透边值条件3.1.2.1 层流流动的定解问题9

4、对称边值条件定解条件边值条件当流体在流动区域内关于某一个面对称时，常常取这样的面为计算的对称边界而简化计算，对称面上边界条件常取为物理量在对称面上的变化率为零，如管道流动中当把坐标选在管子的中心线上时，就有：出入口边值条件出口边值条件常取已知物理量的值或单向无影响的条件。后者指的是所讨论的体系内流出的流体再也不对该区域的流动产生影响。入口处边值条件常常取为给定物理量的值3.1.2.1 层流流动的定解问题10对求解对象做对称性分析，简化定解问题，具体求解两平行平板间的等温层流流动定解问题平板无限大稳定后速度场分布 二维问题 稳定态y3.1.2.2 层流流动下几种特殊情况的解析解11两平行平板间的等温层流流动问题简化平板无限大，不同x处的任意截面上速度分布相同：y3.1.2.2 层流流动下几种特殊情况的解析解12两平行平板间的等温层流流动方程