文档介绍：第 8 次课课题:管流流动(2学时)
一、本课的基本要求
、紊流概念、雷诺数的表达式及物理意义。
。
。
二、本课的重点、难点
重点:流体的流动状态。
难点:圆管层流摩阻。
三、作业<br****题P52 3-10
四、教参及教具
《动量、热量、质量传输原理》高家锐主编重庆大学出版社
图3-1 图3-2 图3-3
第3章管流流动
流体的流动状态
层流:所有流体质点只作沿同一方向的直线运动,无横向运动。如国庆大阅兵。
紊流:流体质点作复杂的无规则运动(湍流)。如自由市场。
从层流到紊流之间,一般称为过渡状态。
实验观察:图3-1 P41
Þ 有利于紊流的形成。
在实验的基础上,雷诺提出了确定两种状态相互转变的条件,雷诺数Re
临界雷诺数为Rec:流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺数Re。
层流®紊流Rec上=13800;紊流®层流Rec下=2300。
一般取Rec = 2300。
⒉管流速度分布图3-3 P44
层流:抛物线分布。平均流速
紊流:速度分布与Re有关。 n决定于Re
平均流速 Re=105~106
⒊紊流特征
脉动 某一时刻的
时均速度:瞬时速度在一段时间内的平均值。则
脉动速度时均值
因此,紊流流动时仅考虑时均速度、、。
例3-1 P42 流动状态的判断。
Re<Rec 层流流动 Re>Rec 紊流流动
管流阻力
阻力:黏性流体在流动过程中的阻力产生的能量损失叫阻力损失。
实质上是研究流体要多大的力、作多大的功才能使流体流动。
阻力分为四类:
①管流摩阻(摩擦阻力损失):由流体的黏性引起。
②管流局部阻力:流动方向或流速突然变化引起。
③绕流摩阻:流体流过淹没物体。
④综合阻力:不属于上述情况。
例如:高炉炼铁生产过程中,料层与煤气相向运动过程中的阻力,喷粉气动输送过程中的阻力。
无论哪种阻力损失,都是由于流体流动而产生的,速度­、阻力­。
一般情况下,用一个通用公式来表示:
或
式中 k¾阻力系数。
因此,计算hL的关键在于求各种情况下的k值,方法有:
1) 理论推导:一般无法求出。
2) 经验方法:通过实验。
3) 半理论、半经验方法:在假设的基础上,通过实验。重点放在公式的应用上。
不可压缩流体的管流摩阻
摩擦阻力损失简称为摩阻,以hf表示。层流、紊流
⒈圆管层流摩阻(理论推导方法)
推导步骤:
(1)建立微分方程:圆管内轴对称流动,可直接引用柱坐标系连续性方程及动量平衡方程。
取微元体:内半径为r,厚度为Δr,长度为L的同心圆薄层。图3-2 P42
[动量传入量] - [动量传出量] +[系统作用力的总和] = [动量蓄积量]
黏性动量传输对流动量传输重力压力
(2)简化微分方程:简化条件为
层流流动、不可压缩流体、稳定流动、水平轴对称流动。
黏性动量传输:径向黏性动量收支差(C)-(D)
对流动量传输:轴向对流动量收支差=0(不可压缩流体、稳定流动)
重力:水平轴对称流动重力忽略
压力:(A)-(B)
动量蓄积量:无(稳定流动)
(3)求解微分方程:在轴对称边界条件下对微分方程积