流体的流动形态和阻力损失.ppt

本堂课要学会： 1、知道流体流动的类型 2、掌握如何判定流体流动的类型 3、知道层流内层的概念 4、了解流体阻力的表现和来源 5、掌握减低流体阻力的途经 小知识～为什么要研究湍流 小知识～为什么要研究湍流 小知识 小知识 湍流大家并行攻关难题的足迹 本堂课学会内容为： 1、流体流动的类型 2、如何判定流体流动的类型 3、层流内层的概念 4、流体阻力的表现和来源 5、减低流体阻力的途经 三明市高级技工学校化工原理电子课件 王奇主编 第二章 流体的输送 2.1流体力学三、流体动力学 2.流体流动形态和阻力损失 损 柏努力方程式： 方程中的h损 这一项为损失压头，即损失掉的能量，因为流体在流动过程中有阻力,今天我们要探讨h损 这一项 2、流体的流动形态和阻力损失 问题1：一杯水滴入一滴黑墨水，结果怎样？ 结论：黑色水会慢慢散开，整杯水变黑 问题2：流动的水中加入有色水会怎样呢？ 做实验！ 英国物理学家雷诺就做了这样的实验 任务：回去上网查一下雷诺是一个怎样的人呢？ （1）流体流动的形态 雷诺实验： 实验装置 层流 湍流 看录像 A、流体流动的类型：层流和湍流 雷诺实验结果比较 层流 湍流 过渡状态 空间尺度上，湍流广泛存在于陆、海、空、天、宇。自然、工程领域的绝大多数流动，乃至生命、社会、金融领域的很多现象都是湍流。在自然领域：从宇宙星系的时空演化，到星球内部的翻滚流动；从大气环流的全球运动，到江河湖泊的区域流动；从恣意汪洋的潮汐涌浪，到林里山间的雾霾溪流。在工程领域：从陆地、海洋、空天等交通运载工具，到原子弹、氢弹、导弹、战斗机、舰船等国防武器的设计；从全球气象气候的预报，到地区水利工程的设计；从传统行业如叶轮机械、房桥建筑、油气管道，到新兴行业如能源化工、医疗器械、纳米器件的设计。在生命领域：从动物体内气血的流动，到细胞内物质的输运；在社会学领域：从长途迁徙的群居动物，到繁忙拥挤的车流交通；从瞬息万变的金融市场，到混乱无序的市场经济。到处都是湍流的身影。 时间尺度上，湍流作为牛顿经典力学体系里的最后一个难题，一直挑战着人类智慧的极限。相传，量子力学开创者之一海森堡曾说他要带着两个问题去见上帝：广义相对论和湍流；美国著名科学家费曼将湍流称为“经典物理学中最后一个尚未解决的重大难题；2005 年，国际顶级学术杂志《科学》(SCIENCE)在庆祝其创刊125 周年之际，公布了125个最前沿的科学问题，其中至少两个问题与湍流相关；2012 年度国家最高科学技术奖获得者郑哲敏院士联名国内其它4 位院士指出：21世纪力学发展的第一个大问题是湍流。 科学和艺术向来只有一线之隔，文艺复兴时期的达·芬奇无疑是湍流研究的先驱，甚至可以说是开创者。而湍流的科学概念，最早由英国著名物理学家雷诺于1883年提出，自此以后的130年以来，一大批世界顶级物理学家、应用数学家、流体力学家和工程师为探索湍流付出了巨大努力，产生了大量思想，但湍流至今尚未取得实质性突破。这些科学巨匠包括但不限于：泰勒（20世纪物理学泰斗）、普朗特（现代流体力学之父，钱学森师爷）、冯.卡门（航空航天时代的科学奇才，钱学森导师），韦纳·海森堡和李政道（诺贝尔奖得主），Komolgorolov（前苏联最著名的数学家，湍流唯象理论的奠基人)，Kraichnan（爱因斯坦博士后，现代湍流分析理论开创者），周培源（爱因斯坦博士后，著名理论物理学家，北京大学前校长，湍流模式理论泰斗）、U.Frish（当代湍流界泰斗、法国科学院院士、恩师的导师）。梳理已有理论成果，我们发现绝大多数、包括被认为是很重要的成果都是针对理想湍流的。但真实世界并不存在理想湍流，对理想湍流的研究解决不了真实湍流问题。这既源于针对理想湍流所采用的假设在真实湍流场根本不能满足，但源于均匀各项同性湍流这一理想模型没有保留真实湍流的本质。鉴于此，近年周恒院士、张涵信院士、佘振苏教授等呼吁加强对真实湍流的研究。 雷诺准数 为了确定流体的流动型态，雷诺通过改变实验介质、管材及管径、流速等实验条件，做了大量的实验，并对实验结果进行了归纳总结。流体的流动型态主要与流体的密度ρ、粘度μ、流速u和管内径d等因素有关，并可以用这些物理量组成一个数群，称为雷诺准数（Re），用来判定流动型态。 雷诺准数，无单位。Re大小反映了流体的湍动程度，Re越大，流体流动湍动性越强。计算时只要采用同一单位制下的单位，计算结果都相同。 B、流体流动类型的判定： 一般情况下，流体在管内流动时， 若Re2000时，流体的流动型态为层流； 若Re4000时，流动为湍流； 而Re在2000～4000范围内，为