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1、 1.3 管内流体流动现象牛顿黏性定律与黏度牛顿黏性定律与黏度流体流动类型与雷诺数流体流动类型与雷诺数流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布主要内容： 讨论产生机械能损失的原因及管内速度分布讨论产生机械能损失的原因及管内速度分布等，为机械能损失计算提供必要的基础。等，为机械能损失计算提供必要的基础。(1) 牛顿黏性定律 黏性黏性：流体流动时产生内摩擦力的性质。流体不管流体流动时产生内摩擦力的性质。流体不管在静止还是在流动状态下，都具有黏性，但只有在在静止还是在流动状态下，都具有黏性，但只有在流体流动时才能显示出来。流体流动时才能显示出来。 流体的内摩擦力流体的内摩擦力：运动着的流体内部相
2、邻两流体层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。它是流体黏间由于分子运动而产生的相互作用力。它是流体黏性的表现，又称为黏滞力或黏性摩擦力。性的表现，又称为黏滞力或黏性摩擦力。流体流动流体流动时的内摩擦是流动阻力产生的原因。时的内摩擦是流动阻力产生的原因。 1.3.1 牛顿黏性定律与黏度流体在圆管内的分层流动示意图流体在圆管内的分层流动示意图平板间流体速度变化平板间流体速度变化1.3.1 牛顿黏性定律与黏度(1) 牛顿黏性定律或牛顿黏性定律牛顿黏性定律式中式中 称为黏滞系数或动力黏度，简称为称为黏滞系数或动力黏度，简称为黏度黏度。其值。其值随流体不同而异，是随流体不同而异
3、，是流体的一种物理性质流体的一种物理性质。(2)黏度 动力黏度（简称黏度）动力黏度（简称黏度） 定义式： 物理意义： 促使流体流动时产生单位速度梯度的剪应力。促使流体流动时产生单位速度梯度的剪应力。 黏度的单位： 国际单位制：国际单位制：Pas 物理单位制物理单位制：g/(cms)，称为P（泊） 1cP=0.01P=0.001Pas1.3.1 牛顿黏性定律与黏度黏度数据的获得：实测；查表；估算实测；查表；估算影响黏度的因素： 黏度为物性常数之一，随黏度为物性常数之一，随物质种类和状态物质种类和状态而变。而变。 同一温度下，液态黏度比气态黏度大得多。同一温度下，液态黏度比气态黏度大得多。 液体黏
4、度随温度升高而减小，气体的黏度随温度液体黏度随温度升高而减小，气体的黏度随温度升高而增大。升高而增大。 工程中一般忽略压强对黏度的影响。工程中一般忽略压强对黏度的影响。(2)黏度 动力黏度（简称黏度）动力黏度（简称黏度） 1.3.1 牛顿黏性定律与黏度 运动黏度运动黏度定义式：(2)黏度单位：国际单位制中其单位为m2/s； 物理单位制中为cm2/s，称为斯托克斯，简称 沲，以St表示。 1St=100cSt=10-4m2/s1.3.1 牛顿黏性定律与黏度 根据流变特性，流体分为牛顿型与非牛顿型。根据流变特性，流体分为牛顿型与非牛顿型。 服从牛顿黏性定律的流体称为服从牛顿黏性定律的流体称为牛顿型
5、流体牛顿型流体，如，如气体和大多数液体。气体和大多数液体。 凡不遵循牛顿黏性定律的流体，称为凡不遵循牛顿黏性定律的流体，称为非牛顿型非牛顿型流体流体，如泥浆、某些高分子溶液、悬浮液等。，如泥浆、某些高分子溶液、悬浮液等。(3)非牛顿型流体1.3.1 牛顿黏性定律与黏度(1) 雷诺实验1.3.2 流体流动类型与雷诺数雷诺实验装置雷诺实验装置目的目的研究流体流动时研究流体流动时内部质点的运动情况及其内部质点的运动情况及其影响因素影响因素。现象现象实验条件不同，实验条件不同，表现出不同的实验现象。表现出不同的实验现象。(2) 流动类型实验表明：实验表明： 随流体质点运动速度随流体质点运动速度的变化显
6、示出两种基本流的变化显示出两种基本流动类型，即层流和湍流。动类型，即层流和湍流。 影响流体质点运动情况影响流体质点运动情况的因素有的因素有流体的性质流体的性质（主（主要为要为、），），设备情况设备情况（主要为（主要为d）及）及操作参数操作参数（主要为流速（主要为流速u）。）。1.3.2 流体流动类型与雷诺数(3) 雷诺数对于流体在直管内的流动（流型对于流体在直管内的流动（流型判据判据) )： 当Re2000时属于层流； 当Re4000时（生产条件下Re3000）属湍流； 当Re=20004000之间时，属不稳定的过渡区。 Re准数是一个准数是一个无因次数群无因次数群。1.3.2 流体流动类型与
7、雷诺数例1-8 20的水在219mm6mm的直管内流动。试求(1) 管中水的流量由小变大，当达到多少m3/s时能保证开始转为湍流？(2) 若管内改为运动黏度为0.14cm2/s的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？ 20的水密度为998.2kg/m3，黏度为10-3Pas。解得 解：(1)当开始转为湍流时，Re=4000 即 例1-8 20的水在219mm6mm的直管内流动。试求(1) 管中水的流量由小变大，当达到多少m3/s时能保证开始转为湍流？(2) 若管内改为运动黏度为0.14cm2/s的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？ 20的水密度为998.2kg/m3，黏度为10-3Pas。解得 解： (2)保持层流流动时，Re2000即所以管中最大平均流速应为0.1353m/s。(1) 流体在圆管中层流时的速度分布哈根泊谡叶方程式哈根泊谡叶方程式速度分布方程式推导速度分布方程式推导：1.3.3 流体在圆管内的速度分布当Re105时，可用下式表示流体在光滑管内湍流流动时的速度分布 称为1/7次方定律(2) 流体在圆管中湍流时的速度分布1.3.3 流体在圆管内的速度分布 有关边界层的概念流动边界层流动边界层1.3.3 流体在圆管内的速度分布
