不可压缩粘性流体的流动-西安建筑科技大学.ppt

*第一章流体力学基础——不可压缩粘性流体的流动西安建筑科技大学粉体工程研究所**层流与湍流1883年,雷诺(Reynolds)观察直圆管中的水流层流状态过渡状态紊流状态*层流湍流流体质点作有规则的运动,在运动过程中质点之间互不混杂,互不干扰。(流速慢)又称紊流。流体质点作无规则的运动,除沿流动方向的主要流动外,还有附加的横向运动,导致运动过程中质点间的混杂。(流速快)雷诺试验表明:流体运动时有两个临界速度。(注意:都是平均速度)uc′——上临界速度,流速由慢变快,当u>uc′时,层流变成湍流;Uc——下临界速度,流速由快变慢,当u<uc时,湍流变成层流,且uc′>uc;当uc<u<uc′时,为层流与湍流的过渡区。*流动状态主要取决于雷诺数的大小,Re数越大流动越容易处于湍流状态。惯性力与粘性力之比惯性力使流体中的扰动加剧粘性力使流体中的扰动衰减临界雷诺数层流过渡到湍流相应的雷诺数叫临界雷诺数Rec当Re<Rec 为层流流动当Re>Rec′为湍流流动当Rec<Re<Rec′为过渡状态由实验结果,对光滑圆管的流动Rec=2300。*边界层理论1904年,由普朗特(Prandtl)在海德堡举行的第三届国际数学会议上提出。在大雷诺数下紧靠物体表面流速从零急剧增加到与来流速度相同数量级的薄层称为边界层。理想流体——欧拉方程粘性流体——粘性流体运动微分方程对于大雷诺数流动问题,可将流动分成两个区域:远离壁面的大部分区域和壁面附近的一层很薄的流体层。在远离壁面的主流区域,由于雷诺数很大,惯性力起主导作用,可按理想流体处理。而对于壁面附近的薄流体层,由于流体的粘性作用,必须考虑粘性力的影响。*边界层的形成与发展——*边界层的形成与发展——圆管内受迫流动流体进入管口后,开始形成边界层,并随流向逐渐增厚。但与外掠平板不同,在稳态下,沿管长各断面流量不变,故管芯流速随边界层的增厚而增加,经一段距离l,管壁两侧的边界层将在管中心汇合,厚度等于管半径。其流态由平均流速um计算的雷诺数判断,<2300,层流;>104,旺盛紊流。*边界层的厚度(10-3m)规定从固体壁面沿外法线到速度达到主流速度的99%处的距离为边界层的厚度。平板上层流边界层平板上湍流边界层20oC的空气以10m/s的主流速度外掠平板,。*边界层的特征(1)边界层极薄,其厚度与物体或壁的定型尺寸相比极小;(2)边界层内沿边界层厚度的速度变化非常急剧,即速度梯度很大;(3)边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚;(4)边界层内流体的流动存在层流和紊流两种流动状态;(5)在边界层内粘滞力和惯性力是同一数量级的;(6)边界层中各截面上的压强等于同一截面上边界层外边界上的压强;(7)流场可划分为主流区(由理想流体运动微分方程——欧拉方程描述)和边界层区(用粘性流体运动微分方程描述)。只有在边界层内才显示流体粘性的影响。