1.3管内流体流动现象（课件）《化工原理（第五版）》同步教学（化学工业出版社）

1 1.3 管内流体流动现象 1 CONTENTS 目录 01 黏度 02 流体流动类型与雷诺数 03 流体在圆管内的速度分布 2 PART ONE 第三节 管内流体流动现象 4 管内流体流动示意图 4 5 管内流体流动图片 5 6 （一） 牛顿黏性定律 或 F u u＋du dy 式中：F——内摩擦力，N； τ ——剪应力，Pa； ——法向速度梯度，1/s； μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa·s 。 一、黏度 第三节 管内流体流动现象 1、牛顿黏性定律 6 7 2、粘度的物理意义 流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。 液体 : T ↑ →  ↓ 气体 : 一般 T ↑ →  ↑ 超高压 p ↑ →  ↑ 粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。 7 8 3、粘度的单位 SI制：Pa·s 或 kg/(m·s) 物理制：cP(厘泊） 换算关系 1cP＝10-3 Pa·s 4、运动粘度 粘度μ与密度ρ之比。 m2/s 8 9 （二）流体中的动量传递 分子动量传递是由于流体层之间速度不同，动量由速度大处向速度小处传递。 动量通量：单位时间、通过单位面积传递的动量。 剪应力＝动量通量 9 10 ——动量浓度梯度 ——运动粘度或动量扩散系数 动量通量＝－动量扩散系数动量浓度梯度 10 11 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。 （三）牛顿型流体与非牛顿型流体 11 12 二、流体流动类型与雷诺数 （一）雷诺实验 12 13 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合； 湍流（或紊流） ：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。 （二）流动类型 无因次数群 13 14 1、判断流型 Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。 2、物理意义 Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志着流体流动的湍动程度。 14 15 三、 流体在圆管内的速度分布 （一）流体在圆管中层流时的速度分布 15 16 由压力差产生的推力 流体层间内摩擦力 管壁处r＝R时，＝0，可得速度分布方程 16 17 管中心流速为最大，即r＝0时， ＝umax 管截面上的平均速度 : 即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。 即流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。 17 18 （二）流体在圆管中湍流时的速度分布 剪应力 ： e为湍流粘度，与流体的流动状况有关。 湍流速度分布的经验式： n = 7 18 19 n与Re有关，取值如下： 1/7次方定律 当 时，流体的平均速度 : 19 20 湍流流动时： 湍流流动时沿径向分为三层： 湍流主体、过渡层和层流内层 20 谢谢观看 单击此处添加副标题 编辑标题 21 $$