第一章动量传输 第三讲: 流体及其主要性质 流体运动的基本特性 本课的基本要求 理解流体上的作用力、能量、动量之间的关系 2.了解流体流动的分类。 3.掌握层流、紊流、雷诺准数的表达式及物理意义 4.了解紊流特征。 退出 上-
1 第三讲： 流体及其主要性质 流体运动的基本特性 一、本课的基本要求 ⒈ 理解流体上的作用力、能量、动量之间的关系。 ⒉ 了解流体流动的分类。 ⒊ 掌握层流、紊流、雷诺准数的表达式及物理意义 ⒋ 了解紊流特征。 第一章 动量传输
第一章动量传输 本课的重点、难点: 重点:流体流动的两种状态。 难点:层流、紊流的理解 退出 上T
2 二、本课的重点、难点： 重点：流体流动的两种状态。 难点：层流、紊流的理解。 第一章 动量传输
第一章动量传输 1.13流体上的作用力、能量、动量 作用力:表面力(作用在流体表面上,且与表面积成比例的力) 和体积力(作用在流体内部质点上,与流体质量成比例的力) 压力压强):运动静止流体静压力。 特征:作用方向与作用面垂直,指向作用面,标量。 切应力粘性力):作用方向与表面平行,运动、流层间有速度差。 体积力质量力:重力、惯性力、电磁力等 位能:mgh 能量动能:7mw2 N Xm/y N Xm/m=Pan 静压能:PV 退出 上1
3 1.1.3 流体上的作用力、能量、动量 作用力：表面力(作用在流体表面上，且与表面积成比例的力) 和体积力(作用在流体内部质点上，与流体质量成比例的力) 第一章 动量传输 、 、 。 。 。 ， 。 体积力 质量力 重力 惯性力 电磁力等 切应力 粘性力 作用方向与表面平行，运动、流层间有速度差 特征 作用方向与作用面垂直，指向作用面，标量 压力 压强 运动静止流体 静压力 ( ): ( ): : ( ): 能量 × × = PV mw 2 1 mgh 2 3 静压能： 动能： 位能： N m V N m m Pa
第一章动量传输 动量 mw NXS/AXT NXS/m2×s=Pa 由以上分析可知 (1)mwA=作用力/A=胎量/V 2)作用力、量、动量是同类物理量的不同表现形式。相互平衡、传递 及转换,流体的动量传输也就是力、能的平衡与转换的过程。 退出 上1
4 由以上分析可知： ⑴ mw/A = 作用力/A = 能量/V ⑵ 作用力、能量、动量是同类物理量的不同表现形式。相互平衡、传递 及转换，流体的动量传输也就是力、能的平衡与转换的过程。 第一章 动量传输 动量 N×s m ×s = Pa 2 mw N×s A×
第一章动量传输 §1.2流体运动的基本特征 流体的运动特性,主要是指流体在流动条件下,其所具有的相关物理量在 空间和时间上的变化特性一流场特征 1.21流体流动的分类 自然流动:密度不同产生浮力。 强制流动:流体因外力作用(如风机、泵、喷射器等)。 1.2.2流体流动的两种状态 1.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。 出 上1
5 §1.2 流体运动的基本特征 流体的运动特性，主要是指流体在流动条件下，其所具有的相关物理量在 空间和时间上的变化特性—流场特征。 1.2.1 流体流动的分类 1.2.2 流体流动的两种状态 ⒈ 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。 第一章 动量传输 强制流动：流体因外力作用(如风机、泵、喷射器等 )。 自然流动：密度不同产生浮力
第一章动量传输 实验观察:图1-2-1P11 B A D (a) 43 图1-2-1雷诺实验装置图 退出 上1
6 实验观察：图1-2-1 P11 第一章 动量传输
第一章动量传输 流速(w)、密度()、管径(d)→有利于紊流的形成。 粘度(A) 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,雷诺准数R Re pwd wd惯性力 粘性力 临界雷诺准数为Rac:流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺准数Ra 层流→紊流R上=13800;紊流→层流Ra下=2300。 当ReRe时,为紊流状态 当Re下<Re<Rea时,为过渡状态 般取Ra=2300。 出 上1
7 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，雷诺准数Re 临界雷诺准数为Rec：流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺准数Re。 层流→紊流Rec上=13800；紊流→层流Rec下=2300。 一般取Rec = 2300。 有利于紊流的形成。 ( ) ( ) ( ) ( ) m r 粘度 流速 w 、密度 、管径 d < 当 时，为过渡状态 当 时，为紊流状态 当 时，为层流状态 下 上 上 下 c c c c Re Re Re Re Re Re Re 粘性力 惯性力 = = = m n rwd wd Re 第一章 动量传输
第一章动量传输 2.管流速度分布 层流:抛物线分布。 紊流:速度分布与R有关。 6> 3.紊流特征 图1-2 些内流速分和 脉动 紊流流动时仅考虑时均速度wx、W,、w 补充例题:流动状态的判断。 出 上1
8 ⒉ 管流速度分布 层流：抛物线分布。 紊流：速度分布与Re有关。 ⒊ 紊流特征 。 第一章 动量传输 紊流流动时仅考虑时均速度 、 、 补充例题： 流动状态的判断。 脉动 w x = 0 w y = 0 wz = 0 w y wx wz
第一章动量传输 设水及空气分别在内径d=80m的管中流过,两者的平均流速相同, 均为W=0.3ms,已知水及空气的动力粘度各为u水=0.0015kgms,世空气 17×106kg/ms又知水及空气的密度各为p水=1000gm p2=1.293kgm3,试判断两种流体的流动状态。 解:按(1-2-1)式计算 得:水的Re数: Re=Pw=100×03×008=16002300紊流 μ 0.0015 空气的Re数 1.293×0.3×0.08 R 2300层流 17×10 ReRec紊流} 退出 上1
9 第一章 动量传输 设水及空气分别在内径d=80㎜的管中流过，两者的平均流速相同， 均为W=0.3m/s，已知水及空气的动力粘度各为μ水=0.0015kg/m.s，μ空气 =17×10-6 kg/m.s又知水及空气的密度各为ρ水=1000kg/m3 ρ空气=1.293kg/m3，试判断两种流体的流动状态。 解：按（1-2-1）式计算 空气的Re数： {ReRec 紊流} 1825 2300 层流 17 10 1 . 293 0 . 3 0 . Re 6 = m r = 紊流 得：水的Re数：
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10 作业: P112 16 第一章 动量传输 返回