流体流动-(流动现象-流动形态)-new课件

作用：控制设备内气压不超过规定的数值，当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。若设备要求压力不超过P1（表压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深度h为3、确定液封高度反映管内流体流动规律的基本方程式有：连续性方程柏努利方程

本节主要围绕这两个方程式进行讨论。第三节流体在管内的流动现象一、流动过程与基本概念不稳定流动系统：若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时间而改变。稳定流动系统：流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变。1、稳定流动系统和不稳定流动系统2、流线与流管流线属性：流管：由流线组成的管状表面。描述同一瞬间流场中不同质点流速变化的曲线（不同于轨迹线）流线上任一点的切线方向代表流经该处流体质点速度方向；流线互不相交；流体质点流动时不能穿越流线。（2）质量流量

(massflowrate)

单位时间内流体流经管道任一截面的质量，以qm表示，其单位为kg/s。（1）体积流量（volumetricflowrate）单位时间内流体流经管道任一截面的体积，以qV表示，其单位为m3/s。3、流量与流速

qm=ρqV质量流速G：（3）平均流速

(averagevelocity)u,m/s

单位时间单位截面积流过的流体体积，以u表示，其单位为m/s。G＝ρu一般液体流速为0.5～3m/s、气体为10～30m/s。管道直径一般根据流量、流速估算（4）管道直径的估算

例

以内径105mm的钢管输送压力为2atm、温度为120℃的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m3/h，试求此空气在管内的流速和质量流速。解:依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下：取空气的平均分子量为Mm=28.9，则实际操作状态下空气的密度为

平均流速依式（1-17），得质量流速例

某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择合适的管径。解：管内径为选取水在管内的流速u＝1.8m/s(自来水1-1.5,水及低粘度液体1.5-3.0)

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。xu=0yu二、牛顿粘性定律

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）τ与垂直于流动方向的速度梯度成正比。yxuu=0⊿u⊿yu/y表示速度沿法线方向上的变化率或速度梯度。

式中μ为比例系数，称为粘性系数，或动力粘度（viscosity），简称粘度。上式称为牛顿粘性定律。凡遵循牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体。粘性是流体的基本物理特性之一。任何流体都有粘性，粘性只有在流体运动时才会表现出来。dyduoxy牛顿粘性定律可改写成：

温度对流体粘度的影响一般地，温度上升气体的粘度升高；液体的粘度降低。三、非牛顿型流体1、宾汉塑性流体

满足下式：

特点：流动发生在屈服应力被克服后

此类流体有：牙膏、肥皂、纸桨、泥浆等。2、假塑性流体(油脂、油漆、涂料等）3、涨塑性流体（硅酸钾、淀粉、蜂蜜、阿拉伯树胶等）各流体粘性规律

图雷诺实验四、流体流动类型与雷诺准数

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。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；速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色，各层质点之间发生混合。显然，此时流体的流动状况与之前不同。

1、流体流动状态类型过渡流：

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。过渡流不是一种流型。湍流(turbulentflow)

当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点发生脉动，彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流或紊流。层流(laminarflow)

当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间没有迁移，互不混合。也称滞流。2、影响流体流动类型的因素：

u、d、ρ越大，μ越小，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duρ/μ，判断流体流动类型。

这数群称为雷诺准数或雷诺数(Reynoldsnumber)，用Re表示，是一个无因次的数。流体的流速u；管径d；流体密度ρ；流体的粘度μ。

Re≤2000，流动类型为层流；Re≥4000，流动类型为湍流；2000＜Re＜4000，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。

大量实验表明：流体内部质点的运动方式不同

湍流时，流体质点除了有主运动还存在随机的脉动。流体在管内的速度分布规律不同

层流时，流体在管内的速度分布呈抛物状。3、层流与湍流的本质区别层流时，流体质点无返混，整个流动区都存在速度梯度，流体在管内的速度分布呈抛物状。

湍流时，流体质点杂乱无章，流体质点除了主运动还存在随机的脉动。仅在管壁处存在速度梯度。上节要点：牛顿粘性定律流动型态与雷诺数

雷诺数湍流时：层流时：211´2´G1G2假设：管道两截面之间无流体漏损。流体在如图所示的管道中:

作连续稳定流动;

从截面1-1流入，从截面2-2流出；

五、连续性方程

(equationofcontinuity)

G1＝G2

若流体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为

Au＝常数

ρ1A1u1＝ρ2