流體動力學特性

流體動力學特性第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日流體流體：流體由連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成，即連續(xù)介質(zhì)，如液體、氣體。流體被看成是連續(xù)介質(zhì)，則反映宏觀流體的各種物理量，就都是空間坐標的連續(xù)函數(shù)。氣體低速流動時（M≤0.3），氣流速度變化引起的氣體密度相對變化量較小，可近似假定氣體密度不變；當氣體高速流動時（M＞0.3），則須考慮氣體壓縮性對密度影響。第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日粘性流體的流動形態(tài)流體流動形態(tài)：層流、湍流（紊流）、過渡流動層流：流體分層流動，相鄰兩層流體間只作相對滑動，流層間沒有橫向混雜。湍流（紊流）：當流體流速超過某一數(shù)值時，流體不再保持分層流動，而可能向各個方向運動，有垂直于原流速方向的分速度，各流層將混淆起來，并有可能出現(xiàn)渦旋，這種流動狀態(tài)叫湍流。相鄰流層流體微團混亂運動帶來動量交換，所以紊流比層流的摩擦阻力大得多。粘性流動中粘性力與慣性力同時存在，往往把μ和ρ作為組合參數(shù)并以符號v表示：動力粘度、運動粘度過渡流動:介于層流與湍流間的流動狀態(tài)第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日紊流的形成：流體與固體壁面、兩種不同流速流體相遇壁面紊流：流體在開放或封閉管道中流動、流體與固體相遇自由紊流：流體噴射入靜止流體、邊界層分離后進入周圍自由流體邊界層（boundarylayer）：在流體粘性力作用下，流體與接觸物面間形成的流動薄層，又稱流動邊界層、附面層邊界層的影響：邊界層內(nèi)流體的流動狀態(tài)影響熱質(zhì)傳遞過程紊流及邊界層第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日一、阻力及阻力系數(shù)阻力：升力：F—阻力A—物體在垂直于相對速度方向上的投影面積v—流體與物體的相對速度c—阻力系數(shù)，與物料形狀、表面狀態(tài)、流體流動狀態(tài)等有關(guān)ρf—液體密度流體阻力：第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日superheatedsteamCriticalfluidizationvelocity:1.6m/sSuspensionvelocity:4.3m/shotairCriticalfluidizationvelocity:1.1m/sSuspensionvelocity:3.4m/sCalculatedvalueofcriticalfluidizedvelocityHotair:0.95m/sSuperheatedsteam:1.26m/sThefluidizedvelocityofsuperheatedsteamindryingrapeseedwithSSFBDisselectedas2.5m/s第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日TwsinαdA(walldrag)TwdAαPcosαdA(fromdrag)Forcefrompressure=PdADirectionofflow摩擦阻力：作用于物料表面上的切向力沿相對運動方向上的總和形面阻力（壓差阻力）：作用于物料表面上的所有壓力沿相對運動方向上的總和。由于流體邊界層在物體后部產(chǎn)生分裂而形成渦流，使后部壓力降低所致。第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日在層流或低速流動中，流體密度變化不大，粘性作用支配流體流動，形面阻力可忽略不計在紊流或高速流動中，流體受壓縮而不受粘性作用支配，摩擦阻力可忽略不計摩擦阻力、形面阻力隨流體粘度（雷諾數(shù)）、流體運動狀態(tài)不同而發(fā)生相應變化第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日球體的阻力系數(shù)*達朗貝爾佯謬第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日平板的阻力系數(shù)板面垂直于流速方向：摩擦阻力可忽略不計；雷諾數(shù)較大時，邊界層分裂點保持不變，壓差穩(wěn)定，形面阻力變化不大；形面阻力隨流速變化而變化。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日層流邊界層：紊流邊界層：107＜Re＜109層流轉(zhuǎn)紊流過渡區(qū)：板面平行于流速方向：利用阻力系數(shù)可計算阻力大?。ㄆ桨咫p面受力）光滑平板，由層流轉(zhuǎn)為紊流的臨界Re=2.8×106粗糙平板，由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界雷諾數(shù)減小第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日其它形狀物體的阻力系數(shù)圓柱、圓盤軸線垂直于流速方向第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日二、雷諾數(shù)與相似實驗雷諾數(shù)為慣性力與粘性力的比值ρf—流體密度

d—物體特征尺寸

η—流體粘度

v—物體與流體的相對速度

相似實驗條件：流動相似幾何相似運動相似動力相似相似條件（單值條件）邊界條件—邊界幾何形狀及尺寸、邊界流動條件起始條件—流動起始時刻的運動狀態(tài)，如速度、濃度等在流場中的分布物性條件—如流動介質(zhì)的密度、粘度、壓縮性等量綱分析實驗方法第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日相似準數(shù)、相似準則雷諾數(shù)（Renoldnumber）：粘性力相似準則慣性力與粘性力之比斯特勞哈爾數(shù)（Strouhalnumber）：非恒定慣性力相似準則

非恒定慣性作用與遷移慣性作用之比弗勞德數(shù)（Froudenumber）：重力相似準則慣性力與重力之比歐拉數(shù)（Eulernumber,Cavitation）：壓力相似準則

壓力與慣性力之比柯西數(shù)（Cauchynumber）：彈性力相似準則慣性力與彈性力之比韋伯數(shù)（Webernumber）：表面張力相似準則慣性力與表面張力之比Prandltnumber,Grashofnumber,……體積彈性模量表面張力系數(shù)自由表面流動自由表面流動空化流第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日三、邊界層邊界層：又稱附面層，是指貼近固體壁面附近的一部分流動區(qū)域，在這部分區(qū)域中，速度由固體壁面處的0發(fā)展到接近來流的速度，一般定義為在邊界處的流速達到來流流速的99%。在這部分區(qū)域中，由于厚度很小，故速度急劇變化，速度梯度很大，流體的粘性效應也主要體現(xiàn)在這一區(qū)域中。邊界層分類：邊界層內(nèi)的流動也分為層流和紊流，相應的也分為層流邊界層和紊流邊界層。對于又有層流又有紊流的邊界層又稱為混合邊界層。邊界層的基本問題：

1、邊界層的厚度

2、邊界層中的流態(tài)

3、邊界層中速度的分布

4、邊界層中粘性流體對固壁的作用

5、邊界層的發(fā)展第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日Re小，層流尾流Re增大，邊界層分離使旋渦分離并形成尾流中的卡門渦街Re繼續(xù)增大，尾流中的旋渦形狀不規(guī)則并破碎，形成紊流尾流壁面壓強系數(shù)第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日Velocitytime第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日OnsetofturbulenceBufferlayerViscoussublayerLaminorflowinboundarylayerTurbulentflowinboundarylayerBoundary-layerthicknessDistancefromleadingedge,xcc′c′′xu∞OLZxobZ′xo′ub′Z′′xo′′u第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日Boundarylayer第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日四、臨界速度沉降速度：物體在靜止流體中勻速下降時對應的運動速度懸浮速度：物體在運動流體中處于懸浮狀態(tài)時對應的流體運動速度第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日臨界速度的確定—計算法球形物料：第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日幾種規(guī)則形狀物體的臨界速度及其它參數(shù)第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日不規(guī)則形狀物料的臨界速度實驗研究表明，Re＜50時，若物料形狀并非極端不規(guī)則，則其阻力系數(shù)與球體阻力系數(shù)相差很小，不規(guī)則形狀物料可用當量球體計算；Re＞50時，當量球體與不規(guī)則形狀物料的阻力系數(shù)差別增大，誤差相應增大。→形狀修正系數(shù)第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日農(nóng)業(yè)物料的臨界速度農(nóng)業(yè)物料的臨界速度一般為范圍值，而非確定值第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日臨界速度的確定—查表法計算CRe2項或C/Re項，通過查表或圖確定物料的臨界速度球形物料：→無因次量非球形物料：若已知物料臨界速度而求顆粒直徑時，可用無因次量C/Re通過查表或圖確定Re，從而確定物料直徑第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日臨界速度的確定—實驗測定第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日五、臨界速度的應用阻力系數(shù)c飄浮系數(shù)k0阻滯系數(shù)k農(nóng)業(yè)物料在空氣中以臨界速度運動，浮力可忽略不計第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日吸送式：適用于近距離輸送輕質(zhì)、松散物料壓送式：適用于遠距離輸送vPLPε第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日紊流中的小渦流產(chǎn)生垂直向上的分力不規(guī)則形狀物料在迎風面上受氣流作用產(chǎn)生的垂直向上分力物料周圍環(huán)流使物料產(chǎn)生升力物料與管壁相撞產(chǎn)生的垂直分量第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日松散物料垂直輸送：速度系數(shù)=1.3-2.5復雜管路：速度系數(shù)=2.4-5.0松散物料水平輸送：速度系數(shù)=1.5-2.5粘性物料：速度系數(shù)=5-10Qa—單位時間內(nèi)流過的空氣體積μ—物料在氣流中的濃度ms—單位時間內(nèi)氣流輸