大學(xué)物理課件第二章7307560

1、第四節(jié)第四節(jié) 黏性流體的定常流動(dòng)黏性流體的定常流動(dòng)實(shí)際流體存在一定的實(shí)際流體存在一定的黏滯性黏滯性和可壓縮性。具有黏滯性的和可壓縮性。具有黏滯性的流體流動(dòng)時(shí)會(huì)有能量損失，當(dāng)能量損耗不可忽略時(shí)，需流體流動(dòng)時(shí)會(huì)有能量損失，當(dāng)能量損耗不可忽略時(shí)，需作黏滯流體處理。作黏滯流體處理。1. 牛頓黏性定律牛頓黏性定律當(dāng)流體流速較小時(shí)，流體將做分層流當(dāng)流體流速較小時(shí)，流體將做分層流動(dòng)，不同流層流速不同，各流層之間動(dòng)，不同流層流速不同，各流層之間只作相對(duì)滑動(dòng)，彼此不相混合。流體只作相對(duì)滑動(dòng)，彼此不相混合。流體的這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為的這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為層流層流。原因：原因：流體分子之間的相互作用，在流體內(nèi)部存在內(nèi)流體分

2、子之間的相互作用，在流體內(nèi)部存在內(nèi)摩擦力現(xiàn)象的結(jié)果。摩擦力現(xiàn)象的結(jié)果。問(wèn)題：?jiǎn)栴}：影響流層之間的黏性阻力大小的因素有哪些？影響流層之間的黏性阻力大小的因素有哪些？xyv+dvvssff dy設(shè)兩流層流速差設(shè)兩流層流速差當(dāng)流層間距當(dāng)流層間距速度梯度：速度梯度：反映流速的空間變化率反映流速的空間變化率設(shè)相鄰流層間摩擦力為設(shè)相鄰流層間摩擦力為，兩流層的接觸面積為，兩流層的接觸面積為 S牛頓黏性定律牛頓黏性定律為流體的黏度，反映流體的黏性，不僅與流體種類(lèi)為流體的黏度，反映流體的黏性，不僅與流體種類(lèi)有關(guān)，還受溫度影響。單位為有關(guān)，還受溫度影響。單位為牛頓流體牛頓流體TT2. 黏性流體的伯努利方程黏性流體

3、的伯努利方程牛頓流體除了外壓力和重力做功牛頓流體除了外壓力和重力做功外，還有外，還有黏滯力黏滯力做功。假設(shè)單位做功。假設(shè)單位體積流體流過(guò)細(xì)流管黏滯力做功體積流體流過(guò)細(xì)流管黏滯力做功為為 ，則伯努利方程表示為，則伯努利方程表示為ABC12黏性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律黏性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由由伯努利方程伯努利方程可得可得這說(shuō)明只有使管道左右兩端保持足夠的這說(shuō)明只有使管道左右兩端保持足夠的壓強(qiáng)差壓強(qiáng)差才能維持牛頓流體的定常流動(dòng)。才能維持牛頓流體的定常流動(dòng)。當(dāng)牛頓流體在當(dāng)牛頓流體在橫截面積相同的敞口渠道橫截面積相同的敞口渠道中作定常流動(dòng)時(shí)中作定常流動(dòng)時(shí)由由伯努利方程伯努利方程可得可得這說(shuō)明只有使渠道有一定的這說(shuō)明只

4、有使渠道有一定的高度差高度差才能維持牛頓流體的才能維持牛頓流體的定常流動(dòng)。定常流動(dòng)。3. 湍流與雷諾數(shù)湍流與雷諾數(shù)當(dāng)黏滯流體流速較大時(shí)，層流被破壞，容易產(chǎn)生徑向流動(dòng)當(dāng)黏滯流體流速較大時(shí)，層流被破壞，容易產(chǎn)生徑向流動(dòng)（垂直于管軸方向的速度分量），各流層相互混合，整個(gè)（垂直于管軸方向的速度分量），各流層相互混合，整個(gè)流體作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生垂直于流管軸線方向的分速度，流體作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生垂直于流管軸線方向的分速度，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為湍流湍流。 例如江河急流、大氣流動(dòng)、排放的濃煙例如江河急流、大氣流動(dòng)、排放的濃煙流體作湍流時(shí)，阻力大流量小，能量耗損增加流體作湍流時(shí)，阻力大流量小，能量耗損增加能

5、量耗損與流速的關(guān)系為：能量耗損與流速的關(guān)系為：為比例系數(shù)，與管道形狀、大小以及管道材料有關(guān)為比例系數(shù)，與管道形狀、大小以及管道材料有關(guān) 流體是作層流還是作湍流與流體是作層流還是作湍流與雷諾數(shù)雷諾數(shù)的大小有關(guān)，可表示為：的大小有關(guān)，可表示為：無(wú)量綱無(wú)量綱流體的流動(dòng)狀態(tài)由雷諾數(shù)決定。流體由層流向湍流流體的流動(dòng)狀態(tài)由雷諾數(shù)決定。流體由層流向湍流過(guò)渡的雷諾數(shù)，叫做過(guò)渡的雷諾數(shù)，叫做臨界雷諾數(shù)臨界雷諾數(shù)，記作，記作Re。雷諾數(shù)雷諾數(shù) 臨界雷諾數(shù)時(shí)，流體湍流運(yùn)動(dòng)臨界雷諾數(shù)時(shí)，流體湍流運(yùn)動(dòng)對(duì)于圓形管道對(duì)于圓形管道在管道中流動(dòng)的流體，只要雷諾數(shù)相同，在管道中流動(dòng)的流體，只要雷諾數(shù)相同，其流動(dòng)狀態(tài)就比較類(lèi)似其流動(dòng)狀態(tài)就比較類(lèi)似Re近似為近似為2000-2600例：例：人體大動(dòng)脈的直徑為人體大動(dòng)脈的直徑為2.010 -2m ，血液的密度為，血液的密度為103kgm-3、黏滯系數(shù)為黏滯系數(shù)為3.510-3Pas，其平均流速為其平均流速為4510-2ms-1（大動(dòng)脈的臨界雷諾數(shù)（大動(dòng)脈的臨界雷諾數(shù) Re 為為1108