流体力学基础.ppt

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1、流体力学基础现在学习的是第1页，共50页第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题现在学习的是第2页，共50页一、一、概概 述述 沉积学中沉积机理的研究与流体力学的关系极为密沉积学中沉积机理的研究与流体力学的关系极为密切。切。流动的物质为流动的物质为流体流体。从力学的性质讲，流体是一种受。从力学的性质讲，

2、流体是一种受任何微剪切力都能连续变形的物质。流体具有容易变形任何微剪切力都能连续变形的物质。流体具有容易变形(流动流动)的特征，这就是流体的的特征，这就是流体的流动性流动性。与沉积作用有关的流体：与沉积作用有关的流体：水水、空气。、空气。流体力学流体力学：研究流体在静止和运动时的力学规律，研：研究流体在静止和运动时的力学规律，研究流体与其它物体究流体与其它物体(在沉积学中主要是碎屑沉积物在沉积学中主要是碎屑沉积物)之间的之间的相互作用。相互作用。研究内容研究内容包括两个方面：包括两个方面：1 1、流体的类型与性质、流体的类型与性质 2 2、流体所受的力、流体所受的力现在学习的是第3页，共50页

3、一、一、概概 述述流体所受的力有：惯性力、万有引力、重力、粘滞力流体所受的力有：惯性力、万有引力、重力、粘滞力、弹性力、表面张力等。、弹性力、表面张力等。流体力学亦是以牛顿运动三定律为基础的。即流体流体力学亦是以牛顿运动三定律为基础的。即流体的运动主要是受机械运动的定律所制约。机械运动的的运动主要是受机械运动的定律所制约。机械运动的矛盾是作用力和反作用力的相互作用。矛盾是作用力和反作用力的相互作用。在流体运动中在流体运动中重力、粘滞力、弹性力和表面张力重力、粘滞力、弹性力和表面张力都是都是可以改变流体原有状态的可以改变流体原有状态的作用力作用力，唯有，唯有惯性力惯性力是维持流是维持流体原有运动

4、状态的体原有运动状态的反作用力反作用力。因此，简单地说，流体。因此，简单地说，流体运动就是惯性力运动就是惯性力(反作用力反作用力)与其它作用力与其它作用力(重力、粘重力、粘滞力、弹性力、表面张力滞力、弹性力、表面张力)的相互作用的结果。作用力的相互作用的结果。作用力和反作用力相等时使流体保持平衡。和反作用力相等时使流体保持平衡。现在学习的是第4页，共50页第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬

5、浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题现在学习的是第5页，共50页二、流体的粘滞性和内摩擦定律二、流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念（一）粘滞性的概念动板实验：动板实验：设有两块平行的平板，其间充设有两块平行的平板，其间充满静止流体。当下板固定不动，上满静止流体。当下板固定不动，上板以匀速平行下板运动时，两板之板以匀速平行下板运动时，两板之间的流体便处于不同速度的运动状间的流体便处于不同速度的运动状态，即：态，即：附着在动板下面的流体层的附着在动板下面的流体层的运动速度与动板的速度相等，愈往下运动速度与动板的速度相等，愈往下速度愈

6、小，直到附着在定板上的流体速度愈小，直到附着在定板上的流体层的速度为零层的速度为零(线性速度分布规律如线性速度分布规律如右图右图)。实验说明：实验说明：每一运动速度较慢的流体层每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流体层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层动较快的流体层(快层快层)也受到运也受到运动较慢的流体层动较慢的流体层(慢层慢层)的阻滞，的阻滞，而不能运动得更快。而不能运动得更快。现在学习的是第6页，共50页二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念一）粘滞性的概念动板实验动板实验说明，

7、每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速说明，每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层(快层快层)也受到运动较慢的流体层也受到运动较慢的流体层(慢层慢层)的阻滞，而不能运动得更快的阻滞，而不能运动得更快。根据作用力与反作用力的原理，相邻流体产生相对运动时，快。根据作用力与反作用力的原理，相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个层对慢层产生一个拖曳力拖曳力(作用力作用力)，使慢层加速；相反，慢层对快，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的层产生一个方向相反的阻滞力阻滞力(反作用力

8、反作用力)，使快层减速。，使快层减速。拖曳力和阻滞力是大小相等方向相反的一对力，它们分别作用拖曳力和阻滞力是大小相等方向相反的一对力，它们分别作用在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体的内部产生的；在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体的内部产生的；所以把这一对力叫做所以把这一对力叫做内摩擦力内摩擦力(或称为或称为粘滞力粘滞力)。流体在静止时不能承。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力，称为，称为粘滞性粘滞性。现在学习的是第7页，共50页二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘

9、滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念（一）粘滞性的概念 根据作用力与反作用力的原理：相邻流体产生相对根据作用力与反作用力的原理：相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力运动时，快层对慢层产生一个拖曳力(作用力作用力)，使慢层加，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力(反作反作用力用力)，使快层减速。，使快层减速。拖曳力（剪切应力）拖曳力（剪切应力）：把加快流体运动的力。把加快流体运动的力。阻滞力阻滞力：阻止流体运动的力。阻止流体运动的力。内摩擦力内摩擦力(粘滞力粘滞力)：一对大小相等、方向相一对大小相等、方向相 反的拖曳力和阻滞力

10、称为反的拖曳力和阻滞力称为 内摩擦力内摩擦力(粘滞力粘滞力)。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下（在切力作用下），流体具有抵抗剪切变形的动状态下（在切力作用下），流体具有抵抗剪切变形的能力，称为能力，称为粘滞性粘滞性。现在学习的是第8页，共50页二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念（一）粘滞性的概念 在河道中的流水，因受在河道中的流水，因受固体边界影响，使得由河底固体边界影响，使得由河底往上流速逐渐增大，由于各往上流速逐渐增大，由于各水层的流速不同，各水层之水层的流速不同，各水层之间就要产生相对

11、运动，从而间就要产生相对运动，从而产生成对的切力。即快层对产生成对的切力。即快层对慢层产生一种慢层产生一种拖曳力拖曳力，其方，其方向与流向一致；反之，慢向与流向一致；反之，慢层对快层要产生一种层对快层要产生一种阻滞阻滞力力，其方向与流向相反，其方向与流向相反。现在学习的是第9页，共50页二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律 根据内摩擦力根据内摩擦力(T)(T)的性质，它与接触面积的性质，它与接触面积(A)(A)和相对速和相对速度差度差(du)(du)成正比，而与垂直距离成正比，而与垂直距离(dy)(dy)成反比，这一结论称为成反比，这

12、一结论称为牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律(或粘滞定律或粘滞定律)，可表示为：可表示为：T=AT=A（du/dydu/dy）式中式中 T T：内摩擦力：内摩擦力(牛牛)；du/dy du/dy：流速梯度：流速梯度(秒秒-1-1)()(沿垂直水流方向单位距离的流沿垂直水流方向单位距离的流速变化值也称速变化值也称剪切变形率剪切变形率)。A A：接触面积接触面积(m(m2 2)：与流体种类、温度有关的系数，称为：与流体种类、温度有关的系数，称为动力粘滞性动力粘滞性系数系数(帕帕秒，即秒，即PaPaS)S)。现在学习的是第10页，共50页粘滞系数粘滞系数粘滞系数：粘滞系数：作用在作用在1cm1cm2 2上

13、的粘滞力规定为流体的粘上的粘滞力规定为流体的粘滞系数滞系数(单位：泊单位：泊)。表示流体粘滞性的大小。表示流体粘滞性的大小。粘滞系数随温度而变，当温区升高时，液体的粘滞粘滞系数随温度而变，当温区升高时，液体的粘滞系数减小，而气体则增加。下表为几种流体的粘系数减小，而气体则增加。下表为几种流体的粘滞系数滞系数:水水甘油甘油空气空气20oC0.018.31.8 10-430oC0.0086.31.9 10-4现在学习的是第11页，共50页二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律 上述内摩擦定律不是所有的上述内摩擦定律不是所有的流体都能适用。流

14、体都能适用。凡是服从内摩凡是服从内摩擦定律的流体称作擦定律的流体称作牛顿流体牛顿流体，即，即在温度不变的条件下，随着流速在温度不变的条件下，随着流速梯度梯度(du/dy)(du/dy)和剪切应力和剪切应力()()的的变化，变化，值保持值保持一一常数常数(右右图中的图中的A)A)。为为粘滞切应力粘滞切应力，代表单位面，代表单位面积上的内摩擦力。积上的内摩擦力。=(du/dy)=(du/dy)现在学习的是第12页，共50页二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律气体和分子结构简单的液体，如空气、气体和分子结构简单的液体，如空气、水及油液等均属

15、于水及油液等均属于牛顿流体牛顿流体。牵引流为牵引流为牛顿流体牛顿流体。把不服从内摩擦定律的流体。把不服从内摩擦定律的流体称为称为非牛顿流体非牛顿流体。例如沉积物重力流、血。例如沉积物重力流、血液、高分子液体等液、高分子液体等是非牛顿流体是非牛顿流体。牛顿流。牛顿流体的摩擦力体的摩擦力与速度梯度与速度梯度du/dydu/dy呈线性关系，呈线性关系，而非牛顿流体不是线性关系。而非牛顿流体不是线性关系。有的流体有的流体值随剪切变形率的增加而减小值随剪切变形率的增加而减小或加大，如或加大，如右图右图中的中的C C、D D，分别称，分别称作假塑性作假塑性流体流体和和膨胀性流体。膨胀性流体。有的流体只有当

16、切应有的流体只有当切应力达到某一值力达到某一值(0 0)后才开始流动，如图后才开始流动，如图右右1 1中的中的B B，称作，称作宾汉流体宾汉流体。沉积物重力流沉积物重力流即属宾汉流体即属宾汉流体。现在学习的是第13页，共50页第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题现在学习的是第14页，共50页三、三、

17、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数按边界条件的不同，按边界条件的不同，液体流动液体流动可分为可分为管管道流道流和和明渠流明渠流两种类型。前者是液体充满两种类型。前者是液体充满了管道的流动，为了管道的流动，为有压流有压流；后者的液体有；后者的液体有与大气接触的自由表面，如河道、水渠，与大气接触的自由表面，如河道、水渠，是在重力作用下的流动，为是在重力作用下的流动，为无压流无压流。流体。流体流动的规律大多是研究管道流获得的，但流动的规律大多是研究管道流获得的，但也适用于明渠流。也适用于明渠流。沉积学所研究的对象大沉积学所研究的对象大多是明渠流，多是明渠流，明渠水流中明渠水流中按流动强度按流动

18、强度可分可分为为急流急流、缓流缓流和和临界流临界流三种流态。三种流态。现在学习的是第15页，共50页三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数 急流和缓流表示流体的急流和缓流表示流体的流动强度流动强度。它们定性的区别可观察。它们定性的区别可观察流水遇到障碍物流水遇到障碍物(大石块、桥墩等大石块、桥墩等)时的表现，即时的表现，即缓流缓流在障碍物处发在障碍物处发生水面跌落，而障碍物上游水面发生壅高，并延伸到上游相当生水面跌落，而障碍物上游水面发生壅高，并延伸到上游相当远处；而远处；而急流急流在障碍物处激起浪花，一涌而过，只在障碍物附近在障碍物处激起浪花，一涌而过，只在障碍物附近的水面有所升高

19、，而对稍远的上游水面不发生任何影响。这表明的水面有所升高，而对稍远的上游水面不发生任何影响。这表明缓流缓流能将障碍物的干扰向上游传播，而能将障碍物的干扰向上游传播，而急流急流只能引起局部干扰只能引起局部干扰，不能向上游传，不能向上游传播。播。急流（急流（a）和缓流（）和缓流（b）遇到障碍物时的流动特点）遇到障碍物时的流动特点现在学习的是第16页，共50页三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数急流和缓流的定量判别准则是急流和缓流的定量判别准则是福劳德数福劳德数(Froude number)(Froude number)，即，即 式中：式中：Fr Fr：福劳德数；：福劳德数；V V：流速

20、；：流速；g g：重力加速度；：重力加速度；h:h:水深水深福劳德数是一个无量纲数。福劳德数是一个无量纲数。=vFrgh惯性力重力现在学习的是第17页，共50页三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数福福劳德数的力学意义在于：劳德数的力学意义在于：当当Fr=1Fr=1时时，说明水流受惯性力与重力作用相等说明水流受惯性力与重力作用相等,为为临界流临界流；当当 Fr1 Fr1时时，惯性作用大于重力作用，水流为惯性作用大于重力作用，水流为急急流流；当当Fr1Fr1时时，惯性力作用小于重力作用，水流为惯性力作用小于重力作用，水流为缓流缓流。或者说，急流是惯性力起主导作用下的流动，缓流或者说，急

21、流是惯性力起主导作用下的流动，缓流是重力起主导作用下的流动。是重力起主导作用下的流动。现在学习的是第18页，共50页三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数由上述力学意义分析可看出，急流和缓流的变化是受由上述力学意义分析可看出，急流和缓流的变化是受重力控制，故这种流态变化只出现在明渠流中，管道流重力控制，故这种流态变化只出现在明渠流中，管道流中不存在，因为它不受重力影响。中不存在，因为它不受重力影响。明渠条件下，要使明渠条件下，要使FrFr值达到值达到1 1，要求在水深，要求在水深10m10m时，流速达时，流速达9.9m/9.9m/秒秒，这样高的流速在自然界中极为罕见，在浅水的海洋环境

22、中，一般只，这样高的流速在自然界中极为罕见，在浅水的海洋环境中，一般只有有2m/2m/秒秒的的速度速度。Fr=Fr=V/(gh)V/(gh)1/21/2，若若 Fr=1Fr=1，V=2 m/s V=2 m/s，得得 h h=0 =0.45 45 m m 因此因此，急流一般是局部地段或几厘米急流一般是局部地段或几厘米几米的浅水条几米的浅水条件下出现件下出现。现在学习的是第19页，共50页 小小 结：结：福劳德数福劳德数：是一个无量纲数，是用于流体在明：是一个无量纲数，是用于流体在明渠条件下的流动体制（或流动强度）的无量纲数渠条件下的流动体制（或流动强度）的无量纲数；是判别急流和缓流的定量准则。；

23、是判别急流和缓流的定量准则。Fr=惯性力惯性力/重力重力=v/（gh）1/2 缓流缓流：Fr1，惯性力大于重力，是惯性力起，惯性力大于重力，是惯性力起主导作用下的流动。主导作用下的流动。现在学习的是第20页，共50页无颗粒移动的平坦床沙 水体平静，无颗粒运动，底床平坦，即无沙纹及沙丘迁移 水平层理 沙纹(小波痕)波高5cm，波长30cm，流速小，水面平静或具小型波浪现象 小型交错层理 缓流 Fr1 沙丘(大波痕)流速 50cm/s，波高 10-20cm，波长可达几米，水面出现汹涌波浪。沙纹和沙丘都是属异相波，即水面的波形与床沙波痕表面的位置不一致 大型交错层理 临界流 Fr1 受冲刷的沙丘（受

24、冲刷的大波痕）波痕规模大，波长几米几十米，波高波长 海滩冲洗交错层理 受冲刷的平坦床沙 颗粒的移动平行于水的流动方向 平行层理 逆行沙丘 向上游移动的波浪状床沙形体，表现为向上游一侧进行加积，下游一侧受到侵蚀。水面波形与底形波痕一致，属于同相波。逆行沙丘层理 急流 Fr1 当水流的振动波幅变化大时，局部能生成高能量的波浪，最后加大流速，形成冲槽和冲坑 根据根据0.6mm,水槽宽水槽宽2.44m,长长45.72m的实验结果的实验结果流动强度与底床形态（层理类型）流动强度与底床形态（层理类型）现在学习的是第21页，共50页第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、

25、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题现在学习的是第22页，共50页四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 18831883年英国物年英国物理学家理学家雷诺雷诺通过大通过大量的实验发现，流量的实验发现，流体存在着两种不同体存在着两种不同的的流动状态流动状态：层流层流和和紊流紊流(又称又称为湍流为湍流)。现在学习的是第23页，共50页四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与

26、雷诺数雷诺水槽实验：雷诺水槽实验：微开阀门微开阀门A A，再将阀门，再将阀门B B打开打开，使红颜色水流入玻璃管中，使红颜色水流入玻璃管中，观察显示红色液流质点的运动观察显示红色液流质点的运动轨迹。此时，由于管内流速较轨迹。此时，由于管内流速较慢，流体质点的运动有条不紊慢，流体质点的运动有条不紊，呈不混杂并呈现分层流动的，呈不混杂并呈现分层流动的状态，这种流态称为状态，这种流态称为层流层流（右（右图图a a）。）。阀门阀门A A开大，流束呈现波纹开大，流束呈现波纹状，上下摆动，称此为状，上下摆动，称此为过渡状过渡状态态（右图（右图b b）。）。阀门阀门A A继续开大，使管中流继续开大，使管中流

27、速增大，直到流体质点的运动呈速增大，直到流体质点的运动呈分层流动状态被破坏，发生互相分层流动状态被破坏，发生互相混杂，并且有纵向脉动，这种流混杂，并且有纵向脉动，这种流动状态为动状态为紊流紊流（右图（右图c c）。）。现在学习的是第24页，共50页四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 从上实验可知随着水流流速加大，从上实验可知随着水流流速加大，层流可以转变为紊流；反之，随着水流层流可以转变为紊流；反之，随着水流流速减小，紊流也可以转变为层流，这流速减小，紊流也可以转变为层流，这种种流体形态转变时的流体形态转变时的平均流速平均流速(V)(V)叫做叫做临临界流速界流速(V(Vk k)。现在

28、学习的是第25页，共50页四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 雷诺通过实验表明，流动形态不仅与流速有关，还与流体的雷诺通过实验表明，流动形态不仅与流速有关，还与流体的粘滞系数粘滞系数(-动力粘滞系数动力粘滞系数，单位为千克，单位为千克/米米米或帕米或帕秒或秒或牛牛秒秒/米米2 2；运动粘滞系数运动粘滞系数，=/=/，的单位为米的单位为米2 2/秒秒)和和密度密度()()，以及流体所通过的，以及流体所通过的管道直径管道直径(d)(d)有关。当有关。当V V、d d愈大就愈易转变为紊流，愈大就愈易转变为紊流，或或愈大则愈不易转变为紊愈大则愈不易转变为紊流。而且还发现流。而且还发现临界流速

29、临界流速也是随也是随、()()、d d值不同而变值不同而变化，因此临界流速不能作为流态的判别准则。但雷诺还发化，因此临界流速不能作为流态的判别准则。但雷诺还发现，不 论现，不 论 、d d 如 何 变 化，流 动 形 态 转 变 时 的如 何 变 化，流 动 形 态 转 变 时 的(V(VK Kd)/d)/或或(V(VK Kd)/d)/值却比较固定，而且是一个无量纲数。值却比较固定，而且是一个无量纲数。将将平均流速平均流速(V)(V)、管道直径管道直径(d)(d)、粘滞系数粘滞系数(或或)和和密度密度()()归纳为一个归纳为一个无量纲数无量纲数，称为，称为雷诺数雷诺数(Reynods numb

30、er-(Reynods number-Re)Re)。现在学习的是第26页，共50页四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数雷诺数雷诺数表达表达公式公式：Re=Re=惯性惯性力力/粘滞力粘滞力=(=(Vd)/=(Vd/)Vd)/=(Vd/)式中：式中：V-V-平均流速；平均流速；d-d-管道直径；管道直径；-密度，密度，-动力粘滞系数；动力粘滞系数；运动粘滞系数。运动粘滞系数。现在学习的是第27页，共50页四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 在在管道管道条件下：条件下：当当Re2320Re2320Re2320时为时为紊流紊流，紊流是一种充满了，紊流是一种充满了旋涡旋涡的急湍的流动，

31、流体的急湍的流动，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此相互掺混。相互掺混。现在学习的是第28页，共50页 值得注意的是，在明渠条件下，层流与紊流的值得注意的是，在明渠条件下，层流与紊流的雷诺数值范围与管道条件是不同的雷诺数值范围与管道条件是不同的(即临界雷诺数即临界雷诺数不等于不等于23202320)。它应该用。它应该用水力半径水力半径(R)(R)代替代替管道直径管道直径(d)(d)来计算临界雷诺数，因来计算临界雷诺数，因R=(1/4)R=(1/4)*d d，所以明渠所以明渠流的临界雷诺数流的临界雷诺数

32、(Rek)(Rek)应为应为500500。现在学习的是第29页，共50页 小小 结结：雷诺数雷诺数：表示流体的流动状态的无量纲数；是判别层流和紊：表示流体的流动状态的无量纲数；是判别层流和紊流的定量准则；流的定量准则；Re=Re=贯性力贯性力/粘滞力粘滞力=Vd/=Vd/=Vd/=Vd/。流动状流动状态类型态类型管道条件管道条件下的下的Re数数明渠条件明渠条件下的下的Re数数定定 义义层流层流23202320500充满了旋涡的急湍的流动，流体质点的运动充满了旋涡的急湍的流动，流体质点的运动轨迹极不规则，有纵向运动，其流速大小和轨迹极不规则，有纵向运动，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此相互

33、掺混流动方向随时间而变化，彼此相互掺混现在学习的是第30页，共50页第三章第三章 小小 结结主要概念：主要概念：流体流体 流体的粘滞性流体的粘滞性 内摩擦定律内摩擦定律 牛顿流体牛顿流体 非牛顿流体非牛顿流体 福劳德数福劳德数 急流急流 缓流缓流 雷诺数雷诺数 层流层流 紊流紊流现在学习的是第31页，共50页 第三章第三章 小小 结结 流体的流体的分类分类一、据一、据粘滞性粘滞性（内摩擦力内摩擦力）划分划分：1 1、牛顿流体（、牛顿流体（如牵引流）如牵引流）2 2、非非牛顿流体，牛顿流体，包括：（包括：（1 1）宾汉流体（如重力流）宾汉流体（如重力流）（2 2）假塑性流体）假塑性流体 （3 3

34、）膨胀性流体）膨胀性流体二、据二、据边界条件边界条件和和流动强度流动强度划分划分：1 1、管道管道流流2 2、明渠明渠流（流（据据福劳德数福劳德数）划分：（）划分：（1 1）急流）急流 （2 2）缓缓流流 （3 3）临界临界流流三、据三、据流动状态流动状态（据据雷诺数雷诺数）划分）划分：1 1、层流层流 2 2、紊流紊流现在学习的是第32页，共50页第三章第三章 沉积学相关的沉积学相关的流体力学基本原理流体力学基本原理结结 束束谢谢大家谢谢大家现在学习的是第33页，共50页第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的

35、粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题现在学习的是第34页，共50页 关于管道直径与水力半径的换算（关于管道直径与水力半径的换算（1 1）水在管道或明渠中流动时，垂直流动方向的流水横断面称作水在管道或明渠中流动时，垂直流动方向的流水横断面称作过过水断面水断面(A)。如流速不变，过水断面愈大，流量也就愈大。如流速不变，过水断面愈大，流量也就愈大(即过水能力愈即过水能力愈大大)，否则相反。，否则相反。过水断面与固体边界接触的

36、线段长度称为过水断面与固体边界接触的线段长度称为湿周湿周(X)，充满水的管道其湿，充满水的管道其湿周为圆周，河流的湿周为河底宽度和两则壁面高度之和。当管道和河流的周为圆周，河流的湿周为河底宽度和两则壁面高度之和。当管道和河流的过水断面相等时，二者的湿周可不同。过水断面相等时，二者的湿周可不同。湿周愈大，阻力愈大，在其它条件相同时，过水能力就愈低，否则相反湿周愈大，阻力愈大，在其它条件相同时，过水能力就愈低，否则相反。过水断面和湿周都反映了过水能力，在水力学中用过水断面和湿周都反映了过水能力，在水力学中用水力半径水力半径(R)表示表示过水能力，即：过水能力，即：R=A/X 水力半径愈大，过水能力

37、愈大，反之则小。水力半径愈大，过水能力愈大，反之则小。水力半径在明渠流中不等于水深。水力半径在明渠流中不等于水深。现在学习的是第35页，共50页 关于管道直径与水力半径的换算（关于管道直径与水力半径的换算（2 2）水力半径在管道中，管道直径水力半径在管道中，管道直径(d)(d)与水力半径之间关系如下：与水力半径之间关系如下：1)1)管道过水断面：管道过水断面：rr2 2=(d/2)=(d/2)2 2=d=d2 2/4 (1)/4 (1)(r=(r=管道半径；管道半径；d=d=管道直径管道直径)2 2）按水力半径来计算按水力半径来计算过水断面过水断面：A=XRA=XR其中若湿周其中若湿周(X)(

38、X)为圆周，即：为圆周，即：X=2r=2(d/2)=d X=2r=2(d/2)=d A=dR (2)(2)(1)(1)式与式与(2)(2)式应相等，即：（式应相等，即：（dd2 2）/4=dR/4=dRR=（1/4）d现在学习的是第36页，共50页现在学习的是第37页，共50页现在学习的是第38页，共50页现在学习的是第39页，共50页现在学习的是第40页，共50页现在学习的是第41页，共50页现在学习的是第42页，共50页现在学习的是第43页，共50页现在学习的是第44页，共50页现在学习的是第45页，共50页现在学习的是第46页，共50页现在学习的是第47页，共50页现在学习的是第48页，共50页现在学习的是第49页，共50页现在学习的是第50页，共50页