牛顿粘性定律.ppt

* 第一章 流体流动 一、牛顿粘性定律与流体的 粘度(难点） 二、流动类型与雷诺准数(重点） 三、层流与湍流的比较(重点） 第三节 管内流体流动现象 * 一、牛顿粘性定律与流体的粘度 牛顿粘性定律 流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。 ——流体阻力产生的依据 * * 剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。 适用于u与y成直线关系 * ——牛顿粘性定律 式中： 速度梯度 比例系数，它的值随流体的不同而不同，流体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度。 * 2、流体的粘度 1)物理意义 促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来 2)粘度与温度、压强的关系 a) 液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体的粘度基本不变。 * b)气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而增加的很少。 3）粘度的单位 在SI制中： 在物理单位制中， * SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为： 4）运动粘度 单位： SI制：m2/s； 物理单位制：cm2/s，用St表示。 * 二、流动类型与雷诺准数 1、雷诺实验 层流或层流 湍流或紊流 * 2、雷诺数Re 雷诺数的因次 ： Re是一个没有单位，没有因次的纯数 。 在计算Re时，一定要注意各个物理量的单位必须统一。 雷诺准数可以判断流型 * 流体在圆形直管内流动时： 流体的流动类型属于层流 ； 流体的流动类型属于湍流； 可能是层流，也可能是湍流，与外 界条件有关。——过渡区 例：20oC的水在内径为50mm的管内流动，流速为2m/s， 试分别用SI制和物理制计算Re数的数值。 解：1）用SI制计算：从附录五查得20oC时， ρ=998.2kg/m3，μ=1.005mPa.s， * 管径d=0.05m，流速u=2m/s， 2）用物理单位制计算： * 三、层流与湍流的比较 1、流体内部质点的运动方式 层流流动时，流体质点沿管轴做有规则的平行运动。 湍流流动时，流体质点在沿流动方向 运动的同时，还做随 机的脉动。 * 湍流 层流 * 2、流体在圆管内的速度分布 1）圆管内层流流动的速度分布 * 代入上式得： ——层流流动时圆管内速度分布式 * 2）圆管内湍流流动的速度分布 4×10-4Re1.1×105时，n=6； 1×10-5Re3.2×106时，n=7； Re3.2×106时，n=10 。 ——湍流流动时圆管内速度分布式 * 3、层流和湍流的平均速度 1）层流时的平均速度 * 层流时平均速度等于管中心处最大速度的一半 。 * ——1/7方律 湍流时的平均速度大约等于管中心处最大速度的0.82倍。 2）湍流时的平均速度 * 4、层流和湍流中的剪应力 层流流动的剪应力 ： 剪应力：单位时间通过单位面积的动量，即动量通量。 湍流流动的剪应力： ε：称为涡流粘度 ，反映湍流流动的脉动特征 ，随流动状况及离壁的距离而变化。 * 圆管内层流与湍流的比较 层流 湍流 本质区别 分层流动 质点的脉动 速度分布 平均速度 剪应力 * * -刘宇-