當(dāng)前1頁(yè)，總共24頁(yè)。流體的流動(dòng)形態(tài)和阻力損失當(dāng)前2頁(yè)，總共24頁(yè)。本堂課要學(xué)會(huì)：

1、知道流體流動(dòng)的類(lèi)型

2、掌握如何判定流體流動(dòng)的類(lèi)型

3、知道層流內(nèi)層的概念

4、了解流體阻力的表現(xiàn)和來(lái)源

5、掌握減低流體阻力的途經(jīng)當(dāng)前3頁(yè)，總共24頁(yè)。損柏努力方程式：方程中的h損這一項(xiàng)為損失壓頭，即損失掉的能量，因?yàn)榱黧w在流動(dòng)過(guò)程中有阻力,今天我們要探討h損這一項(xiàng)當(dāng)前4頁(yè)，總共24頁(yè)。2、流體的流動(dòng)形態(tài)和阻力損失問(wèn)題1：一杯水滴入一滴黑墨水，結(jié)果怎樣？結(jié)論：黑色水會(huì)慢慢散開(kāi)，整杯水變黑問(wèn)題2：流動(dòng)的水中加入有色水會(huì)怎樣呢？

做實(shí)驗(yàn)！

英國(guó)物理學(xué)家雷諾就做了這樣的實(shí)驗(yàn)

任務(wù)：回去上網(wǎng)查一下雷諾是一個(gè)怎樣的人呢？（1）流體流動(dòng)的形態(tài)當(dāng)前5頁(yè)，總共24頁(yè)。雷諾實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置當(dāng)前6頁(yè)，總共24頁(yè)。當(dāng)前7頁(yè)，總共24頁(yè)。層流湍流看錄像A、流體流動(dòng)的類(lèi)型：層流和湍流當(dāng)前8頁(yè)，總共24頁(yè)。雷諾實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

層流湍流過(guò)渡狀態(tài)當(dāng)前9頁(yè)，總共24頁(yè)。

空間尺度上，湍流廣泛存在于陸、海、空、天、宇。自然、工程領(lǐng)域的絕大多數(shù)流動(dòng)，乃至生命、社會(huì)、金融領(lǐng)域的很多現(xiàn)象都是湍流。在自然領(lǐng)域：從宇宙星系的時(shí)空演化，到星球內(nèi)部的翻滾流動(dòng)；從大氣環(huán)流的全球運(yùn)動(dòng)，到江河湖泊的區(qū)域流動(dòng)；從恣意汪洋的潮汐涌浪，到林里山間的霧霾溪流。在工程領(lǐng)域：從陸地、海洋、空天等交通運(yùn)載工具，到原子彈、氫彈、導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)、艦船等國(guó)防武器的設(shè)計(jì)；從全球氣象氣候的預(yù)報(bào)，到地區(qū)水利工程的設(shè)計(jì)；從傳統(tǒng)行業(yè)如葉輪機(jī)械、房橋建筑、油氣管道，到新興行業(yè)如能源化工、醫(yī)療器械、納米器件的設(shè)計(jì)。在生命領(lǐng)域：從動(dòng)物體內(nèi)氣血的流動(dòng)，到細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的輸運(yùn)；在社會(huì)學(xué)領(lǐng)域：從長(zhǎng)途遷徙的群居動(dòng)物，到繁忙擁擠的車(chē)流交通；從瞬息萬(wàn)變的金融市場(chǎng)，到混亂無(wú)序的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。到處都是湍流的身影。

小知識(shí)～為什么要研究湍流當(dāng)前10頁(yè)，總共24頁(yè)。

時(shí)間尺度上，湍流作為牛頓經(jīng)典力學(xué)體系里的最后一個(gè)難題，一直挑戰(zhàn)著人類(lèi)智慧的極限。相傳，量子力學(xué)開(kāi)創(chuàng)者之一海森堡曾說(shuō)他要帶著兩個(gè)問(wèn)題去見(jiàn)上帝：廣義相對(duì)論和湍流；美國(guó)著名科學(xué)家費(fèi)曼將湍流稱(chēng)為“經(jīng)典物理學(xué)中最后一個(gè)尚未解決的重大難題；2005年，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》(SCIENCE)在慶祝其創(chuàng)刊125周年之際，公布了125個(gè)最前沿的科學(xué)問(wèn)題，其中至少兩個(gè)問(wèn)題與湍流相關(guān)；2012年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者鄭哲敏院士聯(lián)名國(guó)內(nèi)其它4位院士指出：21世紀(jì)力學(xué)發(fā)展的第一個(gè)大問(wèn)題是湍流。小知識(shí)～為什么要研究湍流當(dāng)前11頁(yè)，總共24頁(yè)。小知識(shí)當(dāng)前12頁(yè)，總共24頁(yè)。小知識(shí)湍流大家并行攻關(guān)難題的足跡

科學(xué)和藝術(shù)向來(lái)只有一線(xiàn)之隔，文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)·芬奇無(wú)疑是湍流研究的先驅(qū)，甚至可以說(shuō)是開(kāi)創(chuàng)者。而湍流的科學(xué)概念，最早由英國(guó)著名物理學(xué)家雷諾于1883年提出，自此以后的130年以來(lái)，一大批世界頂級(jí)物理學(xué)家、應(yīng)用數(shù)學(xué)家、流體力學(xué)家和工程師為探索湍流付出了巨大努力，產(chǎn)生了大量思想，但湍流至今尚未取得實(shí)質(zhì)性突破。這些科學(xué)巨匠包括但不限于：泰勒（20世紀(jì)物理學(xué)泰斗）、普朗特（現(xiàn)代流體力學(xué)之父，錢(qián)學(xué)森師爺）、馮.卡門(mén)（航空航天時(shí)代的科學(xué)奇才，錢(qián)學(xué)森導(dǎo)師），韋納·海森堡和李政道（諾貝爾獎(jiǎng)得主），Komolgorolov（前蘇聯(lián)最著名的數(shù)學(xué)家，湍流唯象理論的奠基人)，Kraichnan（愛(ài)因斯坦博士后，現(xiàn)代湍流分析理論開(kāi)創(chuàng)者），周培源（愛(ài)因斯坦博士后，著名理論物理學(xué)家，北京大學(xué)前校長(zhǎng)，湍流模式理論泰斗）、U.Frish（當(dāng)代湍流界泰斗、法國(guó)科學(xué)院院士、恩師的導(dǎo)師）。梳理已有理論成果，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)、包括被認(rèn)為是很重要的成果都是針對(duì)理想湍流的。但真實(shí)世界并不存在理想湍流，對(duì)理想湍流的研究解決不了真實(shí)湍流問(wèn)題。這既源于針對(duì)理想湍流所采用的假設(shè)在真實(shí)湍流場(chǎng)根本不能滿(mǎn)足，但源于均勻各項(xiàng)同性湍流這一理想模型沒(méi)有保留真實(shí)湍流的本質(zhì)。鑒于此，近年周恒院士、張涵信院士、佘振蘇教授等呼吁加強(qiáng)對(duì)真實(shí)湍流的研究。當(dāng)前13頁(yè)，總共24頁(yè)。雷諾準(zhǔn)數(shù)為了確定流體的流動(dòng)型態(tài)，雷諾通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)介質(zhì)、管材及管徑、流速等實(shí)驗(yàn)條件，做了大量的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了歸納總結(jié)。流體的流動(dòng)型態(tài)主要與流體的密度ρ、粘度μ、流速u(mài)和管內(nèi)徑d等因素有關(guān)，并可以用這些物理量組成一個(gè)數(shù)群，稱(chēng)為雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re），用來(lái)判定流動(dòng)型態(tài)。雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)單位。Re大小反映了流體的湍動(dòng)程度，Re越大，流體流動(dòng)湍動(dòng)性越強(qiáng)。計(jì)算時(shí)只要采用同一單位制下的單位，計(jì)算結(jié)果都相同。B、流體流動(dòng)類(lèi)型的判定：當(dāng)前14頁(yè)，總共24頁(yè)。一般情況下，流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若Re<2000時(shí)，流體的流動(dòng)型態(tài)為層流；若Re>4000時(shí)，流動(dòng)為湍流；而Re在2000～4000范圍內(nèi)，為一種過(guò)渡狀態(tài)?？赡苁菍恿饕部赡苁峭牧鳌Ｔ谶^(guò)渡區(qū)域，流動(dòng)型態(tài)受外界條件的干擾而變化，如管道形狀的變化、外來(lái)的輕微震動(dòng)等都易促成湍流的發(fā)生，在一般工程計(jì)算中，Re>2000可作湍流處理。當(dāng)前15頁(yè)，總共24頁(yè)。

當(dāng)管內(nèi)流體做湍流流動(dòng)時(shí)，管壁處的流速也為零，靠近管壁處的流體薄層速度很低，仍然保持層流流動(dòng)，這個(gè)薄層稱(chēng)為層流內(nèi)層。層流內(nèi)層的厚度隨雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的增大而減薄，但不會(huì)消失。層流內(nèi)層的存在，對(duì)傳熱與傳質(zhì)過(guò)程都有很大的影響。

C、湍流流體中的層流內(nèi)層當(dāng)前16頁(yè)，總共24頁(yè)。問(wèn)題1：流體流動(dòng)的類(lèi)型有哪些？回答：層流和湍流問(wèn)題2：如何判定流體流動(dòng)的類(lèi)型？回答：用Re準(zhǔn)數(shù)，若Re<2000時(shí)，層流若Re>4000時(shí)，湍流問(wèn)題3：層流內(nèi)層是一個(gè)什么概念？回答：無(wú)論流體的湍流程度多大，在靠近管壁處總是有一層層流層存在。這層層流層稱(chēng)為層流內(nèi)層。當(dāng)前17頁(yè)，總共24頁(yè)。1、（）流體的流動(dòng)形態(tài)是用雷諾總準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷的。

2、（）管內(nèi)流體是湍流時(shí)所有的流體都是湍流

3、影響流體流動(dòng)狀態(tài)的因素有(

)、(

)、(

)和(

)。

流體密度

4、流體在圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，管壁處仍為滯流，稱(chēng)為滯流內(nèi)層，一般滯流內(nèi)層隨雷諾數(shù)的增大而_____。

A，減薄

B，加厚

C，不變5、某油品流經(jīng)某管道，流量為1810kg/h，鋼管內(nèi)徑為40mm，油品粘度為10mN.s/m2，密度為800kg/m3，試求油品流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。

√×管道直徑流體流速流體粘度A課堂練習(xí)當(dāng)前18頁(yè)，總共24頁(yè)。

Re反映了流體的流動(dòng)的湍動(dòng)程度，Re值越大，湍動(dòng)程度越大，內(nèi)摩擦力也越大，所以流體阻力的大小與Re值有直接的關(guān)系。當(dāng)前19頁(yè)，總共24頁(yè)。A、流體阻力的表現(xiàn)和來(lái)源（2）流體流動(dòng)的阻力表現(xiàn)：看實(shí)驗(yàn)

同學(xué)們請(qǐng)思考：該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)題？

1截面與2截面之間列柏努利方程，可得出什么結(jié)論？結(jié)論：流體阻力致使靜壓能下降

當(dāng)前20頁(yè)，總共24頁(yè)?！ち黧w的內(nèi)摩擦力---流體分子之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力。（流體內(nèi)部分子之間存在著吸收力，流體對(duì)管壁的附著力）流體的流動(dòng)狀態(tài)---與流體質(zhì)點(diǎn)的大小和方向有關(guān)，速度越大，阻力越大，方向變化越多，阻力也越大。管壁的粗糙程度、管子的長(zhǎng)度、直徑及管路上的管件等因素均對(duì)阻力的大小有影響。來(lái)源：

當(dāng)前21頁(yè)，總共24頁(yè)。b、流體阻力的計(jì)算方法：流體阻力可分為：直管阻力：流體流過(guò)直管的阻力；局部阻力：流體流過(guò)管路中的管件；如三通、彎頭等）、閥門(mén)、及流量計(jì)等的阻力。局部阻力的計(jì)算方法：當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法（不作介紹）當(dāng)前22頁(yè)，總共24頁(yè)。c、減小阻力的途徑：原因：流體通過(guò)管路時(shí)的流體阻力越大，能量損失也越大，操作費(fèi)用也越大。途徑：○在能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的情況下，盡