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流体的流动形式和流速分布

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流体的流动形式和流速分布
点击次数: 发布时间:2016-06-30
1)流速分布
在实际流体中,无论是在管道内的流动,还是绕物体流动,都会导致流体的能量受到不同程度的损耗。在研究损耗的过程中人们发现,管道中的流体存在着两种不同的流动状态,能量的损耗根据流动状态的不同而有所差别。这两种状态分别称为层流和紊流(湍流)。层流和紊流的流速分布如图1.2所示。
流速分布的形状图
层流状态的流速在管道中心处为最大,沿半径方向分层递减。层次之间互不干涉。流速分布的轮廓为抛物线形状。
紊流状态的流体质点除了沿轴向流动外,还有横向运动。这样会造成质点间的碰撞,并形成旋涡。因此,流体以紊流方式流动时所消耗的能量比层流方式要大得多,而且在管道中心处的流速也降低了。
2)雷诺系数
雷诺系数Re是一个与管道内流速v、管道直径D和流体粘度v有关的参数,用它可作为判别流动状态的准则。雷诺系数的定义是
雷诺系数公式
对于光滑的圆管,当Re<2320时流动形式为层流;而当Re>2320时为紊流。对非圆形截而的情况,可使用相似直径。它的换算公式为
雷诺系数公式
式中
A—管道面积;
X—湿周长度。
雷诺系数的物理意义为流休流动时惯性力和粘性力的比值。雷诺系数大,表明流动以惯性力为主,流动状态为紊流;雷诺系数小,表明流动以粘性力为主,流动状态为层流。
3)马赫数
马赫数Ma是一个描述流体惯性力和弹性力之比的无量纲参数。它用流速和声速之比来表示,即
马赫数公式
式中
Ma-马赫数;
v—流体的轴向平均流速;
c—声速。
马赫数是影响可压缩流体(气体)流动的一个重要参数,它反映了流体压缩性对流体的影响。根据马赫数可把流动形式分为亚声速流动(Ma<1).跨声速流动(Ma≈1)和超声速流动(Ma>1)。

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