1-4 流体流动阻力 本节内容：R的产生、计算方法 流动阻力产生的原因： 外因-流体流动 内因-流体具有粘性(粘度)1-4-1 流体的粘性和牛顿粘性定律 一、剪切力（粘滞力、内摩擦力）uF0 xu=0yYdudy平板间的流体剪应力与速度梯度剪切力：相邻两层流体作相对滑动时，(表面力) 产生一对大小相等、方向相反的切向力， 以阻止发生变形剪应力：单位面积上所受的剪切力 uF0 xu=0yYdudy 平板间的流体剪应力与速度梯度 剪应力的存在表明： 1）真实流体具有粘性； 2）流体运动时，内部产生内摩擦力 (剪应力)， 造成流体阻力损失； 3）流体与其相接触的固体壁面间存在摩擦力， 影响流体流动剪应力，Pa：粘度（动力粘度）, Pa.sdu/dy：法向速度梯度，1/s表明：流体层间产生的剪应力与法向速度梯度成正比, 与压力无关适用：仅于牛顿型、层流流体(与du/dy无关) 二、牛顿粘性定律（实验定律，P10）uF0 xu=0yYdudy 平板间的流体剪应力与速度梯度静止流体, 理想流体的流动阻力？ 提出问题 ?静止流体-体现不出粘度和流动阻力理想流体-没有流动阻力 粘度为0(=0) du/dy=0 1、粘度是流动阻力产生的内因 2、粘度是流体的一个物性参数 * 数值-实验测定，手册查取 一般讲，液体 气体 * 影响因素- =f(T,P) P：压力很高或很低时才有影响 T：气体-T， ； 液体- T， 。
三、流体的粘度混合物粘度按经验规则确定(书P11)(5) 混合物的粘度-按经验规则确定(书P11) 按一定混合规则进行加和 对于分子不聚合的混合液可用下式计算常压下气体混合物的粘度，可用下式计算说明：不同流体的粘度差别很大例如： 在压强为101.325kPa、温度为20的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度分别为： 空气 17.910-6 Pa s， 14.810 -6 m2/s 水 1.0110 -3 Pa s， 1.0110 -6 m2/s 甘油 1.499Pa s， 1.1910 -3 m2/s3、粘度的常用表示法 * (动力)粘度 * 运动粘度（动量扩散率）： 组合物性，在传递过程中常用 单位及换算 非牛顿型不服从牛顿粘性定律曲线不过原点或-du/dy 非线性a：表观粘度如：高分子溶液，胶体等 牛顿型服从牛顿粘性定律如：气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体4、流体按粘度分类 牛顿型流体 非牛顿型流体 粘塑性流体 假塑性流体 胀塑性流体D 特点：剪切变稠如：胶体B 特点：剪切变稀油漆、高分子化合物等 C 一定屈服应力后，牙膏、纸浆、污泥 非牛顿型流体0du/dy粘塑性流体假塑性流体胀塑性流体CBADA-牛顿流体；B-假塑性流体；C-宾汉塑性流体；D-胀塑性流体；牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系1）爬杆现象 2）无管虹吸 3）减阻效应 (汤姆斯效应)非牛顿型流体的几种特殊现象1-4-2 流体流动类型 1、雷诺实验（1883年英国Reynolds） 装置：稳态流动系统 目的：测流型 稳定流型：层流 湍流 不稳定流型：过渡流DBAC墨水流线玻璃管雷诺实验2、流动类型 湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动 特征：流体质点的脉动 层流： * 流体质点做直线运动 * 流体分层流动， 层间不相混合、不碰撞 * 流动阻力来源于层间粘性摩擦力 过渡流：不是独立流型（层流+湍流）， 流体处于不稳定状态（易发生流型转变） 生产中，一般避免过渡流型下操作。
3、划分流型的意义 指导传递过程（动量、热量、质量传递） 例：1）对传递过程影响 层流：分子扩散，传递速度慢 湍流：分子扩散+涡流扩散，传递速度快 2） 分析流动阻力 层流 ：流体粘滞力（牛顿粘性定律适用） 湍流：总阻力=粘性阻力+湍流阻力 牛顿粘性定律不适用3）指导工业生产过程 湍流时传热、传质， 代价： 工业上，传递阻力，强化过程流动阻力，动力消耗综合考虑，找到最经济、最优化的方案4、影响流型的因素 流型= f（物性、流速、壁面几何尺寸） 壁面几何尺寸：管道-直径d 平壁-壁面长度L 物性：- - 流速 ：判据：（圆形直管中的流动） 层流 湍流 过渡流(不稳定)5、流型判据 问题：是否流速大，湍流；流速小，层流？ 单位：无因次数群，使用时注意各参数单位统一物理意义：惯性力与粘性力的比值雷诺数(Reynolds)（1）剪应力分布（适用于层流和湍流） 1.4.3 直圆管内流体的流动目的：研究流速分布、剪应力分布稳态流动:整理得：适用于层流或湍流ldrRuy流体在圆管中速度分布曲线的推导p1p2h1h2 剪应力分布max（2） 层流的速度分布 流体在圆管内分层流动示意图可见，层流流动的速度分布为一抛物线； 壁面处速度最小，uR=0管中心处速度最大或Re2000uumaxd层流时流体在圆管中的速度分布 1、层流流动 1）剪应力分布（P34） 线性分布 r = R (壁面) ，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） 层流流动的速度分布为一抛物线；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。
湍流层流常用指数分布公式： 其中， 动能校正因子因此动能校正因子：说明：圆管内层流流动时的几个重要关系 壁面剪应力与平均流速间的关系 故：u/umaxReRemax1061051041031021070.90.80.70.60.5106105104103102107书P39 图1.4.12：给出算图，精确计算 坐标：问题：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?作业：P8513、15、16、18、FICPi1Pi20012331、流体静力学方程；2、倾斜管道中U形压差计测压公式；3、柏努利方程；4、实际流体机械能衡算式；5、计算泵的有效功率、轴功率；6、如图，计算泵出口阀的压力，可以怎样选取截面列方程7、下面在1，1与2，2截面间列方程是否正确，请改正？8、书P87第10题。