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1、流体力学多媒体课件,安徽理工大学机械学院 机械学院 流体力学课题组,流体力学精品课程多媒体课件,第五章 圆管层流和缝隙流,5.1 层流、紊流和雷诺判据 5.2 圆管层流 5.3 平行平面缝隙流 5.4 倾斜平面间的缝隙流 5.5 环形缝隙流 5.6 平行圆盘缝隙流 5.7 球面缝隙流 5.8 椭圆管层流,流体力学精品课程多媒体课件,5.1 层流、紊流和雷诺判据,1、雷诺实验,图 5-1 雷诺实验装置 1 水龙头；2容器；3水管；4容器；5控制阀,流体力学精品课程多媒体课件,层流：流体质点无横向脉动，质点互不混杂，层次分明，稳定安详的流动状态。紊流 ：流体质点不仅在轴（横）向而且在纵向均有不规则
2、脉动速度，流体质点杂乱交错的混沌流动现象。,流体力学精品课程多媒体课件,2、雷诺数流态判别准则,雷诺经过大量实验发现，与流动状态的相关的流速、管径、动力粘度和密度可归结为一个无因数雷诺数。,式中：, 流体密度，kg/m3；, 管内平均流速，m/s；, 动力粘度，Pa.s；, 运动粘度，m2/s；, 圆管直径，对异形管为水力直径，m,流体力学精品课程多媒体课件,Re 2320时为紊流；,圆管中流体的流态判别：,水力直径可表示为, 湿周长度（与液面接触的壁面长度）。,式中:, 过流断面面积。,流体力学精品课程多媒体课件,1、圆管层流时的运动微分方程（牛顿力学分析法）,5.2 圆管层流,取长为dx
3、半径为r 的圆柱体，不计质量力 和惯性力，仅考虑压力和剪应力，则有,根据牛顿粘性定律,再考虑到,则有,流体力学精品课程多媒体课件,2、速度分布规律与流量,对上式作不定积分，,边界条件： r = R，u = 0；则可得定积分常数,则,图 5-4 圆管层流的速度和剪应力分布,流体力学精品课程多媒体课件,3、其他几个问题 1）最大流速与平均流速,由,知，r = 0时有最大流速 u max，且,平均流速,2）剪应力分布规律,根据牛顿内摩擦定律可求剪应力,流体力学精品课程多媒体课件,5.3 平行平面缝隙流,缝隙流 间隙两端存在着压力差或构成间隙的运动副发生相对运动，油液便在间隙中产生流动形成的另一类层流
4、。,1、平行平面间流体运动微分方程,1.1 由NS方程简化分析,流体力学精品课程多媒体课件,不可压缩流体,，则,由于粘性力处于主导地位，故惯性力可不计，即,因缝隙甚小，质量力可不计，,假定流动为一维流，即,又,流体力学精品课程多媒体课件,由上式知，压力p仅为x的函数，与y和z无关；即,又,则,则,流体力学精品课程多媒体课件,2.1 剪切流,在压力差 条件下，因平行平面间的相对运动产生的流动称剪切流。边界条件：即 流速,表明：剪切流的平行平面之间的流体层流运动，其流速按线形分布。,流体力学精品课程多媒体课件,2.2压差流（泊肃叶流）,表明：任意过水断面上的速度是按抛物线规律分布的。,上下平面均固定不动，由于两端压力差而产生的流动称为压差流或泊肃叶流。边界条件即 流速,流体力学精品课程多媒体课件,2.3 压差剪切流,压差流和剪切流的叠加称压差剪切流（或剪切压差流）。边界条件即 速度,
