发布时间 : 星期一 文章材料成型传输原理复习（新） - 图文更新完毕开始阅读
第4章 层流流动及湍流流动 一、名词解释
1. 速度边界层
指在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为零到0.99倍的地方称为速度边界层。 3、雷诺准数及其物理意义
雷诺准数Re?v?D?,表征惯性力与粘性力之比的无因次量，是流态的判断标
准。 4．层流
流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和掺混，这种流线呈平等状态的流动称为层流。 5. 湍流
当流体运动极不规则，各部分流体相互剧烈掺混，流体质点的迹线杂乱无章，流场极不稳定时。此种流动形态称为“湍流”。
6、层流边界层
近壁处，由速度为零的壁面到速度分布较均匀的99%的地方，这一流层称为层流边界层。
二、填空题
1、雷诺数Re的表达式为：Re?v?D?，其物理含义为表征 惯性力 与 粘性
力之比。
2、层流中平均流速与管轴线上最大流速的关系是 。若用皮托管测得管道中轴层流最大流速为Vmax，则管道流量为 。湍流平均流速与管轴线上最大流速的关系是 。 三、选择题
1．流体在边界层内流动的流态为 ( )
A．层流 B.紊流 C．既有层流又紊流 D.上述三种情况都有可能 2．粘度很大的流体在内径很小的管内作低速流动时，易产生( ) A．紊流 B.层流 C.定常流动 D.非定常流动
1、 层流和湍流的流动各有何特点？常用的判据是什么？ （如何求沿层阻力降？）
2、 温度为338K热水的密度ρ = 980kg/m3，粘度 μ = 0.4355×10 - 3 Pa·S，
在直径为φ89×4的钢管中流动，如热水的体积流量为40m3/hr,试判断热水在管道中流动的型态。
解：要判断热水在管中的流动型态，需要求出该流动情况下的雷诺数。 d = 89 - 2×4 = 81mm = 0.081m
热水的流速u = V/A = (40/3600)/{(π/4)×0.0812} = 2.16m/s 338K热水的密度ρ = 980kg/m3 ,粘度 μ = 0.4355×10 - 3 Pa·S 故 Re=dup/μ=(0.081×2.16×980)/(0.4355×10-3) = 3.93×105 可见 Re > 2300,所以热水在管中的流动形态为湍流
3、 20℃时甘油的粘度为1499厘泊，比重为1.26，1\管的规格为
φ33.5×3.25mm ,以0.2m/s流速流动，求流过每米管长时的摩擦阻力。
解：20℃时甘油的粘度为1499厘泊，比重为1.26，1\管的规格为φ33.5×3.25 ，d=0.027m。当流速为0.2m/s时，求得：
Re=duρ/μ=(0.027×0.2×1260)/(1499×10-3)=4.54<2300
流动型态为层流，流过每米管长时的阻力损失为：据式（2-26）有：
4.判断下列流动状态是层流还是湍流？ （a）很长的水管，直径（b）很长的油管，直径
。
答案：(a)层流 (b)湍流
5、Re=3500, 20℃水(?=998.23kg/m??1.007?10?6m2/s)流过直径为50.8mm，长1.3m的光滑管。求：
(1) 湍流、层流平均流速比、压力损失比 (2) 湍流总压降
(3) 层流时中心流速 要点： (1)据Re定义式，v湍/v层=1 (2)?p??Ld3
，流速
，流速
，运动粘性系数。
，运动粘性系数
?v22，?湍=0.3164/Re0.25，?层=64/Re，?p湍/?p层=2.25
(3)v?Re??/d?0.0694m/s;?湍?0.041,
?p?2.52N/m2
(4)vcenter?2v?0.1388m/s
6、某工厂架设一条铸铁输水管，长500m，直径200mm，流量为为5m深井，进口有一个滤水网（两个闸门（
），为
），管路中有10个，管道的绝对粗糙度
弯头（
，水源
），
。求水泵压
头。
要点：建立管道的伯努利型能量方程，由流量求出管流的平均速度、雷诺数，再由相对粗糙度查莫迪图得出管道的沿程阻力系数，代入能量方程，即得水泵压头。 答案：水泵压头53.3m
6、试述雷诺试验意义 雷诺试验意义有三：
(a)(b) 其一是揭示了粘性流体存在两种截然不同的流动状态，即层流状态和紊流状态，如图当管内的整个流场呈一簇互相平行的流线，这种流动状态称为层流（或片流）。
当管内的流速增大到上临界流速时，流体质点作复杂的无规则的运动，这种流动状态称为紊流（或湍流）。
其二雷诺试验揭示了沿程损失和管内平均流速之间的关系： hf=kvn式中k为系数，n为指数，均由实验确定。实验结果证明：当v＜vcr时,n1=1，即层流中的沿程损失与平均流速的一次方成正比；当v＞vc’r时，n2=1.75～2，即紊流中的沿程损失与平均流速的1.75～2次方成正比。
?vd?vd?，对
(c)Re??其三是雷诺试验给出了判别流动状态的准则数——雷诺数：
于工业管道，一般取圆管的临界雷诺数Recr＝2300。当Re＜2300时，流动为层流；当Re＞2300时，即认为流动是紊流。
7、 例题
8、 作业P.63 第8题。