流体动力学特性PPT学习教案.pptx

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1、会计学1流体流体(lit)动力学特性动力学特性第一页，共38页。粘性流体的流动粘性流体的流动(lidng)形态形态流体流动形态：层流、湍流（紊流）、过渡流动流体流动形态：层流、湍流（紊流）、过渡流动层流：流体分层流动，相邻两层流体间只作相对滑动，流层间没有横向混杂。层流：流体分层流动，相邻两层流体间只作相对滑动，流层间没有横向混杂。湍流（紊流）：当流体流速超过某一数值时，流体不再保持分层流动，而可能向各个方向运动，有垂直于原流速方向的分速度，各流层将混淆起来，并有可能出现涡旋，这种流动状态叫湍流。相邻流层流体微团混乱运动带来动量交换，所以紊流比层流的摩擦阻力大得多。粘性流动中粘性力与惯性力同时

2、湍流（紊流）：当流体流速超过某一数值时，流体不再保持分层流动，而可能向各个方向运动，有垂直于原流速方向的分速度，各流层将混淆起来，并有可能出现涡旋，这种流动状态叫湍流。相邻流层流体微团混乱运动带来动量交换，所以紊流比层流的摩擦阻力大得多。粘性流动中粘性力与惯性力同时(tngsh)存在，往往把存在，往往把和和作为组合参数并以符号作为组合参数并以符号v表示：动力粘度、表示：动力粘度、运动粘度运动粘度过渡流动过渡流动:介于层流与湍流间的流动状态介于层流与湍流间的流动状态第1页/共38页第二页，共38页。紊流的形成：流体与固体壁面、两种不同流速流体相遇紊流的形成：流体与固体壁面、两种不同流速流体相遇紊

3、流的形成：流体与固体壁面、两种不同流速流体相遇紊流的形成：流体与固体壁面、两种不同流速流体相遇壁面紊流：流体在开放或封闭管道中流动、流体与固体相遇壁面紊流：流体在开放或封闭管道中流动、流体与固体相遇壁面紊流：流体在开放或封闭管道中流动、流体与固体相遇壁面紊流：流体在开放或封闭管道中流动、流体与固体相遇自由紊流：流体喷射入静止流体、边界层分离后进入自由紊流：流体喷射入静止流体、边界层分离后进入自由紊流：流体喷射入静止流体、边界层分离后进入自由紊流：流体喷射入静止流体、边界层分离后进入(jnr)(jnr)周周周周围自由流体围自由流体围自由流体围自由流体边界层（边界层（边界层（边界层（boundar

4、y layerboundary layer）：在流体粘性力作用下，流体与接触）：在流体粘性力作用下，流体与接触）：在流体粘性力作用下，流体与接触）：在流体粘性力作用下，流体与接触物面间形成的流动薄层，又称流动边界层、附物面间形成的流动薄层，又称流动边界层、附物面间形成的流动薄层，又称流动边界层、附物面间形成的流动薄层，又称流动边界层、附面层面层面层面层边界层的影响：边界层内流体的流动状态影响热质传递过程边界层的影响：边界层内流体的流动状态影响热质传递过程边界层的影响：边界层内流体的流动状态影响热质传递过程边界层的影响：边界层内流体的流动状态影响热质传递过程紊流及边界层紊流及边界层第2页/共38

5、页第三页，共38页。一、阻力一、阻力(zl)及阻力及阻力(zl)系系数数阻力(zl)：升力(shn l)：F 阻力A 物体在垂直于相对速度方向上的投影面积v 流体与物体的相对速度c 阻力系数，与物料形状、表面状态、流体流动状态等有关f液体密度流体阻力：第3页/共38页第四页，共38页。superheated steamCritical fluidization velocity:1.6 m/sSuspension velocity:4.3 m/shot airCritical fluidization velocity:1.1 m/sSuspension velocity:3.4 m/sCal

6、culated value of critical fluidized velocityHot air:0.95 m/sSuperheated steam:1.26 m/sThe fluidized velocity of superheated steam in drying rapeseed with SSFBD is selected as 2.5 m/s第4页/共38页第五页，共38页。第5页/共38页第六页，共38页。Tw sin dA(wall drag)Tw dAP cos dA(from drag)Force from pressure=PdADirectionof flow摩

7、擦阻力：作用于物料表面上的切向力沿相对运动方向上的总和(zngh)形面阻力（压差阻力）：作用于物料表面上的所有压力沿相对运动方向上的总和(zngh)。由于流体边界层在物体后部产生分裂而形成涡流，使后部压力降低所致。第6页/共38页第七页，共38页。n n在层流或低速流动中，流体密度变化不大，粘性作用支配流在层流或低速流动中，流体密度变化不大，粘性作用支配流体流动，形面阻力可忽略不计体流动，形面阻力可忽略不计n n在紊流或高速流动中，流体受压缩而不受粘性作用支配，摩在紊流或高速流动中，流体受压缩而不受粘性作用支配，摩擦阻力可忽略不计擦阻力可忽略不计n n摩擦阻力、形面阻力随流体粘度摩擦阻力、形面

8、阻力随流体粘度(zhn d)(zhn d)（雷诺数）、流体（雷诺数）、流体运动状态不同而发生相应变化运动状态不同而发生相应变化第7页/共38页第八页，共38页。球体球体球体球体(qit(qit)的阻力系数的阻力系数的阻力系数的阻力系数*达朗贝尔佯谬第8页/共38页第九页，共38页。平板的阻力平板的阻力平板的阻力平板的阻力(z(z l)l)系数系数系数系数板面垂直于流速方向：板面垂直于流速方向：摩擦阻力可忽略不计；摩擦阻力可忽略不计；雷诺数较大时，边界层分裂点保持不变，压差雷诺数较大时，边界层分裂点保持不变，压差(y ch)稳定，稳定，形面阻力变化不大；形面阻力变化不大；形面阻力随流速变化而变化

9、。形面阻力随流速变化而变化。第9页/共38页第十页，共38页。层流(cn li)边界层：紊流边界层：107Re109 层流转(lizhun)紊流过渡区：板面平行于流速板面平行于流速(li s)方向：方向：利用阻力系数可计算阻力大小（平板双面受力）光滑平板，由层流转为紊流的临界 Re=2.8106粗糙平板，由层流转变为紊流的临界雷诺数减小 第10页/共38页第十一页，共38页。其它形状其它形状(xngzhun)物体的阻力物体的阻力系数系数圆柱、圆盘(yun pn)轴线垂直于流速方向第11页/共38页第十二页，共38页。二、雷诺数与相似二、雷诺数与相似(xin s)实验实验雷诺数为惯性力与粘性力的

10、比值(bzh)f 流体密度 d物体特征尺寸 流体粘度(zhn d)v物体与流体的相对速度 相似实验条件：流动相似p 几何相似p 运动相似p 动力相似 相似条件（单值条件）p 边界条件边界几何形状及尺寸、边界流动条件p 起始条件流动起始时刻的运动状态，如速度、浓度等在流场中的分布p 物性条件如流动介质的密度、粘度、压缩性等量纲分析实验方法第12页/共38页第十三页，共38页。相似相似相似相似(xin(xin s)s)准数、相似准数、相似准数、相似准数、相似(xin(xin s)s)准则准则准则准则雷诺数雷诺数 （Renold numberRenold number）：粘性力相似准则）：粘性力相似

11、准则 惯性力与粘性力之比惯性力与粘性力之比斯特劳哈尔数（斯特劳哈尔数（Strouhal numberStrouhal number）：非恒定惯性力相似）：非恒定惯性力相似准则准则 非恒定惯性作用与迁移惯性作用之比非恒定惯性作用与迁移惯性作用之比弗劳德数（弗劳德数（Froude numberFroude number）：重力相似准则：重力相似准则 惯性力与重力之比惯性力与重力之比欧拉数（欧拉数（Euler number,CavitationEuler number,Cavitation）：压力：压力(yl)(yl)相似相似准则准则 压力压力(yl)(yl)与惯性力之比与惯性力之比柯西数（柯西数（

12、Cauchy numberCauchy number）：弹性力相似准则：弹性力相似准则 惯性力与弹性力之比惯性力与弹性力之比韦伯数（韦伯数（Weber numberWeber number）：表面张力相似准则：表面张力相似准则 惯性力与表面张力之比惯性力与表面张力之比Prandlt number,Grashof number,Prandlt number,Grashof number,体积(tj)弹性模量表面张力系数自由表面流动自由表面流动空化流第13页/共38页第十四页，共38页。三、边界层三、边界层三、边界层三、边界层边界层：又称附面层，是指贴近固体壁面附近的一部分流动区域，在这边界层：又

13、称附面层，是指贴近固体壁面附近的一部分流动区域，在这部分区域中，速度由固体壁面处的部分区域中，速度由固体壁面处的0发展到接近来流的速发展到接近来流的速度，一般定义为在边界处的流速达到来流流速的度，一般定义为在边界处的流速达到来流流速的99%。在。在这部分区域中，由于厚度很小，故速度急剧这部分区域中，由于厚度很小，故速度急剧(jj)变化，变化，速度梯度很大，流体的粘性效应也主要体现在这一区域中。速度梯度很大，流体的粘性效应也主要体现在这一区域中。边界层分类：边界层内的流动也分为层流和紊流，相应的也分为层流边边界层分类：边界层内的流动也分为层流和紊流，相应的也分为层流边界层和紊流边界层。对于又有层

14、流又有紊流的边界层又称界层和紊流边界层。对于又有层流又有紊流的边界层又称为混合边界层。为混合边界层。边界层的基本问题：边界层的基本问题：1、边界层的厚度、边界层的厚度2、边界层中的流态、边界层中的流态3、边界层中速度的分布、边界层中速度的分布4、边界层中粘性流体对固壁的作用、边界层中粘性流体对固壁的作用5、边界层的发展、边界层的发展 第14页/共38页第十五页，共38页。Re小，层流尾流Re增大，边界层分离使旋涡分离并形成尾流中的卡门涡街Re继续增大，尾流中的旋涡形状不规则并破碎(p su)，形成紊流尾流壁面压强系数第15页/共38页第十六页，共38页。第16页/共38页第十七页，共38页。V

15、elocity time第17页/共38页第十八页，共38页。第18页/共38页第十九页，共38页。Onset ofturbulenceBuffer layerViscous sublayerLaminor flow inboundary layerTurbulent flow inboundary layerBoundary-layer thicknessDistance from leading edge,xcccxuOLOLZxobZxoubZxou第19页/共38页第二十页，共38页。第20页/共38页第二十一页，共38页。第21页/共38页第二十二页，共38页。第22页/共38页第二

16、十三页，共38页。Boundary layer第23页/共38页第二十四页，共38页。四、临界四、临界(ln ji)速度速度n n沉降速度：物体沉降速度：物体(wt)在静止流在静止流体中匀速下降时对应的运动速度体中匀速下降时对应的运动速度n n悬浮速度：物体悬浮速度：物体(wt)在运动流在运动流体中处于悬浮状态时对应的流体体中处于悬浮状态时对应的流体运动速度运动速度第24页/共38页第二十五页，共38页。临界速度的确定临界速度的确定(qudng)计算计算法法球形物料(w lio)：第25页/共38页第二十六页，共38页。几种规则形状几种规则形状(xngzhun)物体的临界速度及其它参数物体的临

17、界速度及其它参数第26页/共38页第二十七页，共38页。不规则形状物料的临界不规则形状物料的临界不规则形状物料的临界不规则形状物料的临界(ln ji)(ln ji)速度速度速度速度 n n实验研究实验研究(ynji)(ynji)表明，表明，ReRe5050时，若物料形状时，若物料形状并非极端不规则，则其阻力系数与球体阻力系数并非极端不规则，则其阻力系数与球体阻力系数相差很小，不规则形状物料可用当量球体计算；相差很小，不规则形状物料可用当量球体计算；n nReRe5050时，当量球体与不规则形状物料的阻力系时，当量球体与不规则形状物料的阻力系数差别增大，误差相应增大。数差别增大，误差相应增大。形

18、状(xngzhun)修正系数第27页/共38页第二十八页，共38页。农业物料的临界农业物料的临界农业物料的临界农业物料的临界(ln ji)(ln ji)速度速度速度速度农业物料(w lio)的临界速度一般为范围值，而非确定值第28页/共38页第二十九页，共38页。临界速度临界速度(sd)的确定的确定查表法查表法n n计算计算CRe2CRe2项或项或C/ReC/Re项，通过查表或图确定物料项，通过查表或图确定物料(w lio)(w lio)的临界速度的临界速度球形物料(w lio)：无因次量非球形物料：若已知物料临界速度而求颗粒直径时，可用无因次量 C/Re通过查表或图确定 Re，从而确定物料直

19、径第29页/共38页第三十页，共38页。第30页/共38页第三十一页，共38页。临界速度的确定临界速度的确定(qudng)实验测定实验测定第31页/共38页第三十二页，共38页。五、临界速度五、临界速度(sd)的的应用应用阻力(zl)系数c飘浮(pio f)系数k0阻滞系数k农业物料在空气中以临界速度运动，浮力可忽略不计第32页/共38页第三十三页，共38页。吸送式：适用(shyng)于近距离输送轻质、松散物料压送式：适用(shyng)于远距离输送vPLP第33页/共38页第三十四页，共38页。n n紊流中的小涡流产生垂紊流中的小涡流产生垂直向上的分力直向上的分力n n不规则形状物料在迎风不规

20、则形状物料在迎风面上受气流作用产生的面上受气流作用产生的垂直向上分力垂直向上分力n n物料周围物料周围 环流使物料产环流使物料产生升力生升力(shn(shn l)l)n n物料与管壁相撞产生的物料与管壁相撞产生的垂直分量垂直分量第34页/共38页第三十五页，共38页。松散(sngsn)物料垂直输送：速度系数=1.3-2.5 复杂管路：速度系数=2.4-5.0松散(sngsn)物料水平输送：速度系数=1.5-2.5 粘性物料：速度系数=5-10Qa单位时间内流过的空气体积 物料在气流中的浓度(nngd)ms单位时间内气流输送的物料质量 ma单位时间内流过的空气质量f空气密度第35页/共38页第三十六页，共38页。形状(xngzhun)系数水力水力(shul)输送输送管道输送优点：可作大角度倾斜输送 减少物料损伤 清洗物料 简单可靠(kko)、维护保养方便第36页/共38页第三十七页，共38页。1、如何测定农业物料(w lio)的临界悬浮速度？2、边界层厚度与哪些因素有关？各因素如何影响边界层厚度？本章本章(bn zhn)作业作业第37页/共38页第三十八页，共38页。