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流体静力学基本方程及其应用范围.doc

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流体静力学基本方程及其应用范围 冶金网 流体静力学是研究冶金网流体在外力作用下处于平衡(广义来说,是指相对平衡)时的力学规律及其应用的科学。流体在外力的作用下,如果各力互相平衡,则流体达到静力平衡,处于静止状态。实际流体静止时,由于不运动,其粘性不起作用,没有内摩擦力的存在。亦即当流体处于静止时,既不存在对流动量的传递,也不存在粘性动量的传递,仅处于重力和压力的平衡或位能与静压能的转换。因此,理想流体平衡时的规律对实际流体也适用。 流体的平衡规律在冶金、化工等领域中应用很广,如压力计的测量原理,连通器内液体的平衡,设备或管道内压力的变化与测量,溶液贮槽内液位的测量,炉内气体的运动趋势等。流体在平板上的流动情况与流体的物性、流速、壁面粗糙程度、离前沿的距离等因素有关。边界层内的流动型态取决于边界层雷诺数的大小。即: Rex= (1-2-14) 层流边界层 层流底层 图1-2-4平板上流动边界层的发展式中%——离平板前沿的距离。 对于光滑平板: 当Rex!2x10*时,边界层为层流; 当Rex"3x106时,边界层为紊流; 当2x105<Rex<3x106时,边界层为过渡流。 通常取Rex=5x105为边界层由层流转变为紊流的转折点,此雷诺数称为临界雷诺数。流体在平板上流动,其边界层厚度!可由下式计算: (1) 对层流边界 (2) 紊流边界层 (3) 紊流边界层的层流底层厚度 由上看出,主流速度增大时,层流底层很快减薄;同时成正比,说明沿流程长度的变化不大。这些概念对于传热和传质的强化具有实际意义。 当流体以均匀流速流入管道时,在其入口处开始也形成边界层。其边界层的形成和发展过程与流体均匀流过平板时大体相似。所不同的是,在管流中边界层开始只占据管壁处的环形区域,而管中心主流区呈活塞流状,如图1-2-5所示。随着流体的向前流动,边界层逐渐加厚,最终扩大到管中心,汇合占据整个管截面。此时的边界层厚度即为管道半径。从此以后,边界层厚度将不再变化。从管道入口处到边界层汇合处的距离%称为“入口段”或“初始段”,入口段以后的流动称为“完全发展了的流动”或“定型流动”。只要汇合前边界层内的流动是层流,则完全发展以后的管流也是层流;若汇合前边界层内流动已发展为紊流,则以后的管流也为紊流。只有在入口段之后,管内的速度分布才发展成为稳定流动时管流的速度分布。因此,入口段长度X)的确定是十分重要的。 冶金网 图1-2-5圆管中边界层的发展与流体在平板上的流动相似,在管内若形成了紊流边界层,则在靠近管壁处仍有一层极薄的层流底层,其厚度可由经验公式估算。 原文地址:
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