闽南科技学院：《食品工程原理》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 流体流动（第四节 流体流动现象）

概述2静止流体的基本规律3流体在管道内的流动目录CONTENTS流体流动现象流体在管内的流动阻力管路计算

概述 静止流体的基本规律 流体在管道内的流动 目 录 CONTENTS 1 2 3 4 流体流动现象 5 流体在管内的流动阻力 6 管路计算

第四节流体流动现象一、牛顿黏性定律与流体的黏度在水中或空气中运动的物体都会受到来自于它们的阻力，这些阻力产生的根本原因就是流体的黏性。其产生原因：气体：分子做无规则的热运动。液体：分子之间的相互作用一一范德华力。黏性：像胶水、浆糊等一样，使一个物体贴在另一个物体上的性质。流体所具有的这种阻碍流体相对运动的性质即为黏性

第四节 流体流动现象 一、牛顿黏性定律与流体的黏度 在水中或空气中运动的物体都会受到来自于它们的阻力，这些阻力 产生的根本原因就是流体的黏性。其产生原因： 气体：分子做无规则的热运动。 液体：分子之间的相互作用——范德华力。 黏性：像胶水、浆糊等一样，使一个物体贴在另一个物体上的性质。 流体所具有的这种阻碍流体相对运动的性质即为黏性

第四节流体流动现象一、牛顿黏性定律与流体的黏度大量实验证明，如图所示的的一维分层流动中，两相邻流体层之间单位面积上的内摩擦力（称为内摩擦应力或简称剪应力）与两流体层间dudu F的速度梯度成正比，即：T=±，此即为牛顿黏性定律，式中，T、dyty推力→uu方向相同时取正号，相反时取负号。4y1服从此定律的流体称为牛顿型流体。所Au有的气体和大部分低分子量（非聚合的）液XTIu=0o体或溶液均属于牛顿型流体。平板问液体速度变化图

第四节 流体流动现象 一、牛顿黏性定律与流体的黏度 大量实验证明，如图所示的的一维分层流动中，两相邻流体层之间 单位面积上的内摩擦力τ（称为内摩擦应力或简称剪应力）与两流体层间 的速度梯度 𝒅𝒖 𝒅𝒚 成正比，即：𝝉 = ±𝝁 𝒅𝒖 𝒅𝒚 ，此即为牛顿黏性定律，式中，τ、 u方向相同时取正号，相反时取负号。 平板间液体速度变化图 推力 u=0 y Δy u Δu o x 服从此定律的流体称为牛顿型流体。所 有的气体和大部分低分子量（非聚合的）液 体或溶液均属于牛顿型流体

第四节流体流动现象一、牛顿黏性定律与流体的黏度du此式中，比例系数u越大，流体内部的剪应力值越大，即t = ±uay流体黏性越强。可见，u是衡量流体黏性大小的物理量，称为动力黏度，简称黏度。其单位为[Pas]，对于一般常见的流体，这个单位偏大，常用其干分之一，即[mPa·s]表示。黏度单位亦可称为泊，用符号P表示。其中，1Pa·s=10P=1000cP

第四节 流体流动现象 一、牛顿黏性定律与流体的黏度 𝝉 = ±𝝁 𝒅𝒖 𝒅𝒚 此式中，比例系数μ越大，流体内部的剪应力τ值越大，即 流体黏性越强。可见，μ是衡量流体黏性大小的物理量，称为动力黏度， 简称黏度。其单位为[Pa·s]，对于一般常见的流体，这个单位偏大，常用 其千分之一，即[mPa·s]表示。 黏度单位亦可称为泊，用符号P表示。其中，1Pa·s=10P=1000cP

第四节流体流动现象一、牛顿黏性定律与流体的黏度崇改写成T=±“(），式中pu为单位体积的动量，可将=p dyd(pu)便成为以单位体积流量计的动量梯度，记u==称为运动黏度，单位dy[m?/s]。由该式可知，动量梯度越大，流体内部的剪应力越大，可见，牛顿黏性定律还可以表示：相邻流体层之间的内摩擦应力与动量传递之间的关系

第四节 流体流动现象 一、牛顿黏性定律与流体的黏度 可将 𝝉 = ±𝝁 𝒅𝒖 𝒅𝒚 改写成𝝉 = ± 𝝁 𝝆 𝒅(𝝆𝒖) 𝒅𝒚 ，式中ρu为单位体积的动量， 𝒅(𝝆𝒖) 𝒅𝒚 便成为以单位体积流量计的动量梯度，记𝝊 = 𝝁 𝝆 称为运动黏度，单位 [m2 /s]。 由该式可知，动量梯度越大，流体内部的剪应力越大，可见，牛顿 黏性定律还可以表示：相邻流体层之间的内摩擦应力与动量传递之间的 关系

第四节流体流动现象一、牛顿黏性定律与流体的黏度粘度是流体的重要物理性质之一，其值由实验测定。常见流体的黏度值，可查相关化工手册。影响黏度值的因素：1.流体的黏度值随温度而变，温度升高时，气体的黏度增加而液体的黏度减小。2.流体的黏度值一般不随压力而变

第四节 流体流动现象 一、牛顿黏性定律与流体的黏度 粘度是流体的重要物理性质之一，其值由实验测定。常见流体的黏 度值，可查相关化工手册。影响黏度值的因素： 1. 流体的黏度值随温度而变，温度升高时，气体的黏度增加而液体 的黏度减小。 2. 流体的黏度值一般不随压力而变

第四节流体流动现象二、流体流动类型与雷诺准数因为实际流体均具有黏性，所以流动过程中必然伴有摩擦阻力损失而摩擦阻力损失所遵循的规律是什么？著名物理学家奥斯本·雷诺通过实验研究发现：管内流体在流动时会因黏度等因素影响而取不同的流动型态，而不同的流动型态其摩擦阻力所遵循的规律也不同

第四节 流体流动现象 二、流体流动类型与雷诺准数 因为实际流体均具有黏性，所以流动过程中必然伴有摩擦阻力损失， 而摩擦阻力损失所遵循的规律是什么？ 著名物理学家奥斯本·雷诺通过实验研究发现：管内流体在流动时会 因黏度等因素影响而取不同的流动型态，而不同的流动型态其摩擦阻力 所遵循的规律也不同

第四节流体流动现象二、流体流动类型与雷诺准数当水平玻璃管中流速很小时，染色水在管内沿轴线方向呈一条直线平稳地流过，表明玻璃管内水的质点或微团之间没有相互混拢和迁移，都沿看与管轴线平行的方向运动，即：当增大管内流速时，有色细流出现波动而呈波浪形细流线，即：当流速进一步增大时，细流线的波动加剧，管内液体出现激烈的混杂，直至细线完全消失，整个玻璃管中呈现均的有色水流，表明流体质点或微团除了沿管道向前运动外，还存在看流速大小和方向不断改变的杂乱运动，此时流体流动状态已经发生了显著变化，即

第四节 流体流动现象 二、流体流动类型与雷诺准数 当水平玻璃管中流速很小时，染色水在管内沿轴线方向呈 一条直线平稳地流过，表明玻璃管内水的质点或微团之间没有 相互混拢和迁移，都沿着与管轴线平行的方向运动，即： 当增大管内流速时，有色细流出现波动而呈波浪形细流线，即： 当流速进一步增大时，细流线的波动加剧，管内液体出现激烈的混杂，直至细线 完全消失，整个玻璃管中呈现均匀的有色水流，表明流体质点或微团除了沿管道向前 运动外，还存在着流速大小和方向不断改变的杂乱运动，此时流体流动状态已经发生 了显著变化，即：

第四节流体流动现象二、流体流动类型与雷诺准数当流体流动时，有不同条件下，可以观察到两种截然不同的流动型态：1.层状流动，称为滞流或层流；2.流体质点的紊乱流动，称为瑞流或紊流雷诺进一步研究发现，流速、管径、流体的黏度和密度对流动状况均有影响，利用因次分析方法，可将这些影响因素组成一个复合数群：dup/u，称为雷诺准数或雷诺数，用Re表示，即Re=duplu

第四节 流体流动现象 二、流体流动类型与雷诺准数 当流体流动时，有不同条件下，可以观察到两种截然不同的流动型 态： 1. 层状流动，称为滞流或层流； 2. 流体质点的紊乱流动，称为湍流或紊流。 雷诺进一步研究发现，流速、管径、流体的黏度和密度对流动状况 均有影响，利用因次分析方法，可将这些影响因素组成一个复合数群： duρ/μ，称为雷诺准数或雷诺数，用Re表示，即Re=duρ/μ

第四节流体流动现象二、流体流动类型与雷诺准数L·L 0-'ML-3雷诺数的量纲为：dimRe：=L'M°0°=1ML-'e-1上述结果表明，雷诺数是一个无量纲的数群，其量纲为“1”的特征数，其值不会因为采用单位制不同而改变，但必须注意，数群中的各个物理量必须采用同一个单位制！根据雷诺准数的大小，可以判断流体流动型态：当Re≤2000，层流；当Re>4000，瑞流；当2000<Re≤4000，过渡流

第四节 流体流动现象 二、流体流动类型与雷诺准数 雷诺数的量纲为： 上述结果表明，雷诺数是一个无量纲的数群，其量纲为“1”的特征 数，其值不会因为采用单位制不同而改变，但必须注意，数群中的各个 物理量必须采用同一个单位制！ 根据雷诺准数的大小，可以判断流体流动型态： 当Re ≤ 2000，层流； 当Re > 4000，湍流； 当2000 <Re ≤4000，过渡流。 L M 1 M L L L M L dim 0 0 0 1 1 1 3 = =  = − − − − θ θ θ Re