流体的流动阻力

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1、第一章 流体流动,1. 牛顿粘性定律,第四节 流体的流动阻力 一、流体的粘度,内摩擦力运动着的流体内部相邻两流体层之间的相互作用力。 粘性流体抵抗相邻流体层发生相对运动的性质称为流体的粘性。确定流体流动时内摩擦力大小的物理性质。 粘度当流体流动的速度梯度等于1时，单位面积上由于流体的粘性所产生的内摩擦力的大小。粘度的单位未Pas (SI制)或 P(泊，物理制)。 衡量流体粘性大小的物理量。,2. 非牛顿型流体,牛顿型流体与非牛顿型流体特性,第四节 流体的流动阻力 二、流体流动的类型 （层流与湍流）,1883年英国著名科学家雷诺(Osborne Reynolds)进行的实验 雷诺实验,流动型态,

2、层流：流速较小时，可看到一条稳定的直线。表明此时流体各个质点互不混杂，平行于管轴向前运动。 过渡流：随着流速的增加，有颜色的直线开始出现波浪。 湍流：速度再增大，流体质点不仅沿管轴运动，而且还做不规则的横向运动。,45,lgHf,lgu,a,b,c,d,e,lguc,lguc,雷诺数的物理意义,雷诺数：由影响流型的管径d、流速 u 和流体的粘度、密度等因素组成的无因次数群,以Re表示。雷诺数的物理意义为流体流动时惯性力与粘性力之比. 层流：Re2000 湍流：Re2000 粘性力：使流体保持层流的趋势。 惯性力：使流体做不规则的自由运动，流动趋于湍流。,边界层概念,在工程上，通常把流速为零的壁

3、面到流速等于主体流速u的99%处之间的区域称为边界层。,第四节 流体的流动阻力 三、边界层的概念,1. 边界层的形成与发展,第四节 流体的流动阻力 三、边界层的概念,2. 边界层的分离,1. 直管阻力损失的计算通式,第四节 流体的流动阻力 四、直管阻力损失的计算,范宁(Fanning)公式,直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力。,2.流体层流时的速度分布和摩擦因数,第四节 流体的流动阻力 四、直管阻力损失的计算,哈根泊谡叶(Hagen-Poiseuille)方程,3. 湍流时的速度分布和摩擦因数,第四节 流体的流动阻力 四、直管阻力损失的计算,湍流主体：速度脉动较大，以湍流

4、粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化； 过渡层：分子粘度与湍流粘度相当； 层流内层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。,（1）湍流时的速度分布,第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算,圆管内层流与湍流的比较,第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算,（2） 湍流时的摩擦因数,常见工业管道的绝对粗糙度,第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算,3. 湍流时的摩擦因数 因次分析法 第一步：析因试验寻找影响过程的主要因素 第二步：无因次化减少变量数 第三步：数据处理实验结果的正确表达,摩擦系数,雷诺数Re,相对粗糙度/d,0.000001,0

5、.00001,0.00005,0.0002,0.0006,0.002,0.006,0.01,0.02,0.05,光滑管,层流,湍流,完全湍流,过渡区,第四节 流体的流动阻力 四、流体直管阻力损失的计算,3. 湍流时的摩擦因数 经验公式,Re=(5100)103,柏拉修斯（Blasius)公式,Re=(4105)103 e/d=110-60.05,柯尔布鲁克（Colebrook)公式,1. 阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。,第四节 流体的流动阻力 五、局部阻力,局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。,2. 当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为le的直管所产生的阻力 。,常见管件及阀门的阻力系数及当量长度53,