化工原理教学课件07－08学时.pptVIP

* 一、雷诺实验与雷诺数 图1-15 雷诺实验装置 1-小瓶 2-细管 3-水箱 4-水平玻璃管 5-阀门 6-溢流装置 1.4.1 流动类型与雷诺数 1.4 流体流动现象 * 图1-16 两种流动类型 层流（laminar flow）或滞流（viscous flow） 湍流或紊流(turbulent flow) 一、雷诺实验与雷诺数 那么，如何定量判断流动型态呢？ * 凡是几个有内在联系的物理量按无量纲条件组合起来的数群，称为准数或无量纲数群。Re为反映流体流动状态的量纲为1数群。 雷诺数（Reynolds number） 黏度 流速 密度 直径 一、雷诺实验与雷诺数 * 标志流体流动的湍流程度。当惯性力较大时，Re数较大;当黏滞力较大时，Re数较小。 一、雷诺实验与雷诺数 讨论： 1. Re是一个无因此数群，计算时各物理量单位制必须一致，但不同单位制计算结果相同。课本P32 例1-13 因次：用某符号表示某特定的物理量 2. Re的物理意义 * 3. 对于圆形直管用直径d，对于非圆形直管用当量直径de 4. 对于流体在直管内的流动，Re数大小作为流动类型半段的依据，将流体形态分成2个流型，3个区域，设计计算时需要先 当Re≤2 000时属于层流，层流区； 当Re≥4 000时属于湍流，湍流区； 当Re=2 000～4 000时，属不稳定的过渡流。 Re≤2 000 或 Re≥4 000，属于稳定流动，不受外界条件的影响； Re=2 000～4 000，属于不稳定流动，受外界条件影响大。 二、层流与湍流 * 层流：流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。 1.质点运动方式: 层流与湍流的区分不仅在于各有不同的Re值，更重要的是它们有本质区别。 二、层流与湍流 湍流：①质点的脉动（不规则杂乱运动）。 ②湍流的流动阻力远远大于层流。 ③由于质点的高频脉动与混合，使得在与流动垂直的方向上流体的速度分布较层流均匀。 * 时均量与脉动量 图1-17 点i的流体质点的速度 脉动曲线示意图 二、层流与湍流 时均值 脉动值 从右图可知,流体质点经过点i的瞬时速度为： 脉动速度(fluctuation velocity) 时均速度(time mean velocity) 瞬时速度(instantaneous velocity) 除流速外，湍流中其他物理量，如温度、压力、密度等等也都是脉动的，亦可采用同样的方法来表征。 时均速度 定义为： 在稳态系统中，流体作湍流流动时，管道截面上任一点的时均速度不随时间而改变。 * 速度分布：流体流动时管截面上质点的速度随半径的变化关系。 无论是层流还是湍流，在管道任意截面上，流体质点的速度均沿管径而变化，管壁处速度为零，离开管壁以后速度渐增，到管中心处速度最大。速度在管道截面上的分布规律因流型而异。 2. 速度分布: 图1-19圆管内速度分布 (a) 滞流 (b)湍流 二、层流与湍流 * 2. 速度分布 层流：质点沿管径的速度分布为抛物线型。 滞流圆管内速度分布 分子动量通量=动量扩散系数×动量浓度梯度 二、层流与湍流 * 湍流：流体质点在沿管轴向前运动的同时，还有径向上的运动，使速度的大小和方向都随时变化。由于湍流时，流体质点的高频脉动与混合，在与流动垂直方向上，流体的速度分布较层流均匀。 湍流时，出现了径向脉动速度，使动量传递较层流大，此时，剪切力不服从牛顿粘性定律，可改写成： e—涡流黏度 μ是流体的物性，反映分子运动造成的动量，e不是流体物性，是说明湍流程度的系数。 二、层流与湍流 2. 速度分布 * 4. 湍流时，随流速的不同，在管壁处会出现一滞流内层，内层厚度与Re的大小有关，Re↑，内层厚度↓，流动过程的主要阻力都集中在滞流内层 3. 二、层流与湍流 * 一、流体在圆管内层流流动时的速度分布 图1-18 作用于圆管中流体上的力 1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布 层流流动时，流体层之间的剪应力可用牛顿粘性定律描述。 * 一、流体在圆管内层流流动时的速度分布 设流体在半径为R的水平直管段内作层流流动，取流体元：长为l 、半径为r。 分析受力，得到 层流时剪应力服从牛顿黏性定律 式中负号表示流速ur沿半径r增加的方向而减小 作用在流体柱上的阻力为 * 流体作等速运动时，推动力与阻力大小必相等，方向必相反，故 一、流体在圆管内层流流动时的速度分布 → 积分上式的边界条件:当r=r时，ur=ur;当r=R(在管壁处)时，ur=0。 上式为流体在圆管内作层流流动时的速度分布表达式。它表示在某一压强降Δpf之下，