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管内流体流动现象
流体的粘度
流体的流动型态
流体在圆管内的速度分布
流体流动边界层
边界层与层流内层。
牛顿粘性定律、层流与湍流的比较。
本节重点:
本节难点:
流体的典型特征是具有流动性,但不同流体的流动性能不同,这主要是因为流体内部质点间作相对运动时存在不同的内摩擦力。
管内流体流动现象
流体的粘度
一、牛顿粘性定律
粘性是流动性的反面,流体的粘性越大,其流动性越小。
流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性。
流体的粘性是流体产生流动阻力的根源。
F
dy
u+du
u
图1-19 平板间液体速度变化
如图所示,设有上、下两块面积很大且相距很近的平行平板,板间充满某种静止液体。
其下各层液体的速度依次降低,紧贴在下板表面的一层液体,因粘附在静止的下板上, 其速度为零,两平板间流速呈线性变化。
若将下板固定,而对上板施加一个恒定的外力,上板就以恒定速度u沿x方向运动。
若u较小,则两板间的液体就会分成无数平行的薄层而运动,粘附在上板底面下的一薄层流体以速度u随上板运动,
对任意相邻两层流体来说,上层速度较大,下层速度较小,前者对后者起带动作用,而后者对前者起拖曳作用,流体层之间的这种相互作用,产生内摩擦,而流体的粘性正是这种内摩擦的表现。
平行平板间的流体,流速分布为直线,而流体在圆管内流动时,速度分布呈抛物线形,如图1-20所示。
图1-20 实际流体在管内的速度分布
实验证明,对于一定的流体,内摩擦力F与两流体层的速度差du成正比,与两层之间的垂直距离dy成反比,与两层间的接触面积A成正比,即
(1-31)
式中:
F——内摩擦力,N; A——面积,m2;
——法向速度梯度,1/s;
μ——比例系数,称为流体的粘度,Pa·s 。
一般,单位面积上的内摩擦力称为剪应力,以τ表示,单位为Pa,则式(1-31)变为
(1-31a)
式(1-31)、(1-31a)称为牛顿粘性定律,表明流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。
牛顿型流体:剪应力与速度梯度的关系符合
牛顿粘性定律的流体。
非牛顿型流体:不符合牛顿粘性定律的流体。
包括所有气体和大多数液体。
如高分子溶液、胶体溶液及悬浮液等。
本章讨论的均为牛顿型流体。
粘度的物理本质:分子间的引力和分子的运动与
碰撞。
二、流体的粘度(动力粘度)

流体流动时在与流动方向垂幻直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。
粘度总是与速度梯度相联系,流体只有在运动时才显现出来。分析静止流体的规律时就不用考虑粘度这个因素。
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