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1、第三章第三章 沉积学相关的沉积学相关的流体力学基本原理流体力学基本原理第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题一、一、概概 述述 沉积学中沉积机理的研究与流体力学的关系极沉积学中沉积机理的研究与流体力学的关系极为密切。为密切。流动的物质为流动的物质为流体流体。从力学的性质讲，流体是。从力学的性质讲，流体
2、是一种受任何微剪切力都能连续变形的物质。流体具一种受任何微剪切力都能连续变形的物质。流体具有容易变形有容易变形(流动流动)的特征，这就是流体的的特征，这就是流体的流动性流动性。与沉积作用有关的流体：与沉积作用有关的流体：水水、空气。、空气。流体力学流体力学：研究流体在静止和运动时的力学规：研究流体在静止和运动时的力学规律，研究流体与其它物体律，研究流体与其它物体(在沉积学中主要是碎屑在沉积学中主要是碎屑沉积物沉积物)之间的相互作用。之间的相互作用。研究内容研究内容包括两个方面：包括两个方面：1 1、流体的类型与性质、流体的类型与性质 2 2、流体所受的力、流体所受的力一、一、概概 述述流体所受
3、的力有：惯性力、万有引力、重力、流体所受的力有：惯性力、万有引力、重力、粘滞力、弹性力、表面张力等。粘滞力、弹性力、表面张力等。流体力学亦是以牛顿运动三定律为基础的。即流体力学亦是以牛顿运动三定律为基础的。即流体的运动主要是受机械运动的定律所制约。机流体的运动主要是受机械运动的定律所制约。机械运动的矛盾是作用力和反作用力的相互作用。械运动的矛盾是作用力和反作用力的相互作用。在流体运动中在流体运动中重力、粘滞力、弹性力和表面张重力、粘滞力、弹性力和表面张力力都是可以改变流体原有状态的都是可以改变流体原有状态的作用力作用力，唯有，唯有惯惯性力性力是维持流体原有运动状态的是维持流体原有运动状态的反作
4、用力反作用力。因此。因此，简单地说，流体运动就是惯性力简单地说，流体运动就是惯性力(反作用力反作用力)与其与其它作用力它作用力(重力、粘滞力、弹性力、表面张力重力、粘滞力、弹性力、表面张力)的的相互作用的结果。作用力和反作用力相等时使流相互作用的结果。作用力和反作用力相等时使流体保持平衡。体保持平衡。第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的
5、几个流体力学问题空气的几个流体力学问题二、流体的粘滞性和内摩擦定律二、流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念（一）粘滞性的概念动板实验：动板实验：设有两块平行的平板，其设有两块平行的平板，其间充满静止流体。当下板固定间充满静止流体。当下板固定不动，上板以匀速平行下板运不动，上板以匀速平行下板运动时，两板之间的流体便处于动时，两板之间的流体便处于不同速度的运动状态，即：不同速度的运动状态，即：附附着在动板下面的流体层的运动着在动板下面的流体层的运动速度与动板的速度相等，愈往速度与动板的速度相等，愈往下速度愈小，直到附着在定板下速度愈小，直到附着在定板上的流体层的速度为零上的流体层的速度为零(
6、线性速线性速度分布规律如右图度分布规律如右图)。实验说明：实验说明：每一运动速度较慢的流体每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层时，运动较快的流体层(快层快层)也受到运动较慢的流体层也受到运动较慢的流体层(慢层慢层)的阻滞，而不能运动得更快。的阻滞，而不能运动得更快。二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念一）粘滞性的概念动板实验动板实验说明，每一运动速度较慢的流体层，都是在运说明，每一运动速度较慢的流体层，都是在运动速度较快的流体层带动下才发生运动的。
7、同时，运动较快动速度较快的流体层带动下才发生运动的。同时，运动较快的流体层的流体层(快层快层)也受到运动较慢的流体层也受到运动较慢的流体层(慢层慢层)的阻滞，而的阻滞，而不能运动得更快。根据作用力与反作用力的原理，相邻流体不能运动得更快。根据作用力与反作用力的原理，相邻流体产生相对运动时，快层对慢层产生一个产生相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力拖曳力(作用力作用力)，使，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力阻滞力(反作用力反作用力)，使快层减速。，使快层减速。拖曳力和阻滞力是大小相等方向相反的一对力，它们分拖曳力和阻滞力是大小相等方
8、向相反的一对力，它们分别作用在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体的别作用在两个流层的接触面上，又因为这一对力是在流体的内部产生的；所以把这一对力叫做内部产生的；所以把这一对力叫做内摩擦力内摩擦力(或称为或称为粘滞力粘滞力)。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力，称为流体具有抵抗剪切变形的能力，称为粘滞性粘滞性。二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念（一）粘滞性的概念 根据作用力与反作用力的原理：相邻流体产生根据作用力与反作用力的原理：相邻流体产生相对运动
9、时，快层对慢层产生一个拖曳力相对运动时，快层对慢层产生一个拖曳力(作用力作用力)，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相，使慢层加速；相反，慢层对快层产生一个方向相反的阻滞力反的阻滞力(反作用力反作用力)，使快层减速。，使快层减速。拖曳力（剪切应力）拖曳力（剪切应力）：把加快流体运动的力。把加快流体运动的力。阻滞力阻滞力：阻止流体运动的力。阻止流体运动的力。内摩擦力内摩擦力(粘滞力粘滞力)：一对大小相等、方向相一对大小相等、方向相 反的拖曳力和阻滞力称为反的拖曳力和阻滞力称为 内摩擦力内摩擦力(粘滞力粘滞力)。流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但流体在静止时不能承受切力抵抗剪切变形；但
10、在运动状态下（在切力作用下），流体具有抵抗剪在运动状态下（在切力作用下），流体具有抵抗剪切变形的能力，称为切变形的能力，称为粘滞性粘滞性。二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（一）粘滞性的概念（一）粘滞性的概念 在河道中的流水，因在河道中的流水，因受固体边界影响，使得由受固体边界影响，使得由河底往上流速逐渐增大，河底往上流速逐渐增大，由于各水层的流速不同，由于各水层的流速不同，各水层之间就要产生相对各水层之间就要产生相对运动，从而产生成对的切运动，从而产生成对的切力。即快层对慢层产生一力。即快层对慢层产生一种种拖曳力拖曳力，其方向与流向，其方向与流向一致；反之，慢层对快层一
11、致；反之，慢层对快层要产生一种要产生一种阻滞力阻滞力，其方，其方向与流向相反向与流向相反。二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律 根据内摩擦力根据内摩擦力(T)T)的性质，它与接触面积的性质，它与接触面积(A)A)和相和相对速度差对速度差(du)du)成正比，而与垂直距离成正比，而与垂直距离(dy)dy)成反比，成反比，这一这一结论称为结论称为牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律(或粘滞定律或粘滞定律)，可表示为：可表示为：T=AT=A（du/dydu/dy）式中式中 T T：内摩擦力内摩擦力(牛牛)；du/dy du/dy：流速梯度流速梯度(
12、秒秒-1-1)()(沿垂直水流方向单位距沿垂直水流方向单位距离的流速变化值也称离的流速变化值也称剪切变形率剪切变形率)。A A：接触面积接触面积(m m2 2)：与流体种类、温度有关的系数，称为与流体种类、温度有关的系数，称为动力动力粘滞性系数粘滞性系数(帕帕秒，即秒，即PaS)PaS)。粘滞系数粘滞系数粘滞系数：粘滞系数：作用在作用在1cm1cm2 2上的粘滞力规定为流体的粘上的粘滞力规定为流体的粘滞系数滞系数(单位：泊单位：泊)。表示流体粘滞性的大小。表示流体粘滞性的大小。粘滞系数随温度而变，当温区升高时，液体的粘滞粘滞系数随温度而变，当温区升高时，液体的粘滞系数减小，而气体则增加。下表为
13、几种流体的粘系数减小，而气体则增加。下表为几种流体的粘滞系数滞系数:水水甘油甘油空气空气20oC0.018.31.8 10-430oC0.0086.31.9 10-4二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律 上述内摩擦定律不是所有上述内摩擦定律不是所有的流体都能适用。的流体都能适用。凡是服从凡是服从内摩擦定律的流体称作内摩擦定律的流体称作牛顿牛顿流体流体，即，即在温度不变的条件在温度不变的条件下，随着流速梯度下，随着流速梯度(du/dy)du/dy)和和剪切应力剪切应力()的变化，的变化，值值保持保持一一常数常数(右图中的右图中的A)A)
14、。为为粘滞切应力粘滞切应力，代表单，代表单位面积上的内摩擦力。位面积上的内摩擦力。=(du/dy)=(du/dy)二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律（二）牛顿内摩擦定律气体和分子结构简单的液体，如空气体和分子结构简单的液体，如空气、水及油液等均属于气、水及油液等均属于牛顿流体牛顿流体。牵引流为牛顿流体牵引流为牛顿流体。把不服从内摩。把不服从内摩擦定律的流体称为擦定律的流体称为非牛顿流体非牛顿流体。例。例如沉积物重力流、血液、高分子液如沉积物重力流、血液、高分子液体等体等是非牛顿流体是非牛顿流体。牛顿流体的摩。牛顿流体的摩擦力擦力与速度梯度与速度梯度du
15、/dydu/dy呈线性关系，呈线性关系，而非牛顿流体不是线性关系。而非牛顿流体不是线性关系。有的流体有的流体值随剪切变形率的增加值随剪切变形率的增加而减小或加大，而减小或加大，如右如右图图中的中的C C、D D，分别称分别称作假塑性流体作假塑性流体和和膨胀性流体膨胀性流体。有的流体只有当切应力达到某一值有的流体只有当切应力达到某一值(0 0)后才开始流动，如图右后才开始流动，如图右1 1中的中的B B，称作称作宾汉流体宾汉流体。沉积物重力流即沉积物重力流即属宾汉流体属宾汉流体。第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流
16、体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数按边界条件的不同，按边界条件的不同，液体流动液体流动可分为可分为管管道流道流和和明渠流明渠流两种类型。前者是液体充满两种类型。前者是液体充满了管道的流动，为了管道的流动，为有压流有压流；后者的液体有；后者的液体有与大气接触的自由表面，如河道、水渠，与大气接触的自由表面，如河道、水渠，是在重力作用下的流动，为是在重力作用下的流动，为无
17、压流无压流。流体。流体流动的规律大多是研究管道流获得的，但流动的规律大多是研究管道流获得的，但也适用于明渠流。也适用于明渠流。沉积学所研究的对象大沉积学所研究的对象大多是明渠流多是明渠流，明渠水流中明渠水流中按流动强度按流动强度可分可分为为急流急流、缓流缓流和和临界流临界流三种流态。三种流态。三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数急流和缓流表示流体的急流和缓流表示流体的流动强度流动强度。它们定性的区别可。它们定性的区别可观察流水遇到障碍物观察流水遇到障碍物(大石块、桥墩等大石块、桥墩等)时的表现，即时的表现，即缓流缓流在障碍物处发生水面跌落，而障碍物上游水面发生壅高，在障碍物处发生水
18、面跌落，而障碍物上游水面发生壅高，并延伸到上游相当远处；而并延伸到上游相当远处；而急流急流在障碍物处激起浪花，一在障碍物处激起浪花，一涌而过，只在障碍物附近的水面有所升高，而对稍远的上涌而过，只在障碍物附近的水面有所升高，而对稍远的上游水面不发生任何影响。这表明游水面不发生任何影响。这表明缓流缓流能将障碍物的干扰向能将障碍物的干扰向上游传播，而上游传播，而急流急流只能引起局部干扰，不能向上游传播。只能引起局部干扰，不能向上游传播。急流（急流（a）和缓流（）和缓流（b）遇到障碍物时的流动特点）遇到障碍物时的流动特点三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数急流和缓流的定量判别准则是急流和缓
19、流的定量判别准则是福劳德数福劳德数(Froude number)Froude number)，即即 式中：式中：FrFr：福劳德数；福劳德数；V V：流速；流速；g g：重力加速度；重力加速度；h:h:水深水深福劳德数是一个无量纲数。福劳德数是一个无量纲数。三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数福福劳德数的力学意义在于：劳德数的力学意义在于：当当Fr=1Fr=1时时，说明水流受惯性力与重力作用说明水流受惯性力与重力作用相等相等,为为临界流临界流；当当 Fr1 Fr1时时，惯性作用大于重力作用，水流惯性作用大于重力作用，水流为为急流急流；当当Fr1Fr1时时，惯性力作用小于重力作用，水
20、惯性力作用小于重力作用，水流为流为缓流缓流。或者说，急流是惯性力起主导作用下的流或者说，急流是惯性力起主导作用下的流动，缓流是重力起主导作用下的流动。动，缓流是重力起主导作用下的流动。三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数由上述力学意义分析可看出，急流和缓流的变由上述力学意义分析可看出，急流和缓流的变化是受重力控制，故这种流态变化只出现在明渠化是受重力控制，故这种流态变化只出现在明渠流中流中，管道流中不存在，因为它不受重力影响。管道流中不存在，因为它不受重力影响。明渠条件下，要使明渠条件下，要使FrFr值达到值达到1 1，要求，要求在在水深水深1010m m时时，m/m/秒，秒，这样
21、高的流速在自然界中极为罕见这样高的流速在自然界中极为罕见，在浅水的海洋环境中，在浅水的海洋环境中，一般只有一般只有2 2m/m/秒的速度。秒的速度。Fr Fr=V/(gh)V/(gh)1/21/2，若若 Fr Fr=1=1，V V=2=2 m/sm/s，得得 h h =0.=0.45 45 m m 因此，因此，急流一般是局部地段或几厘米急流一般是局部地段或几厘米几米的几米的浅水条件下出现浅水条件下出现。小小 结：结：福劳德数福劳德数：是一个无量纲数，是用于流体：是一个无量纲数，是用于流体在明渠条件下的流动体制（或流动强度）的在明渠条件下的流动体制（或流动强度）的无量纲数；是判别急流和缓流的定量
22、准则。无量纲数；是判别急流和缓流的定量准则。Fr=惯性力惯性力/重力重力=v/（gh）1/2 缓流缓流：Fr1，惯性力大于重力，是惯性，惯性力大于重力，是惯性力起主导作用下的流动。力起主导作用下的流动。根据根据0.6mm,水槽宽水槽宽2.44m,长长45.72m的实验结果的实验结果流动强度与底床形态（层理类型）流动强度与底床形态（层理类型）第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动
23、作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 18831883年英国物年英国物理学家理学家雷诺雷诺通过大通过大量的实验发现量的实验发现，流流体存在着两种不同体存在着两种不同的的流动状态流动状态：层流层流和和紊流紊流(又称又称为湍流为湍流)。四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数雷诺水槽实验：雷诺水槽实验：微开阀门微开阀门A A，再将阀门，再将阀门B B打开，使红颜色水流入玻璃打开，使红颜色水流入玻璃管中，观察显示红色液流质管中，观察显示红色液流质点的运动轨迹。此时，由于点的运动轨迹。此时，由于管内流速较慢，流体
24、质点的管内流速较慢，流体质点的运动有条不紊，呈不混杂并运动有条不紊，呈不混杂并呈现分层流动的状态，这种呈现分层流动的状态，这种流态称为流态称为层流层流（右图（右图a a）。）。阀门阀门A A开大，流束呈现开大，流束呈现波纹状，上下摆动，称此为波纹状，上下摆动，称此为过渡状态过渡状态（右图（右图b b）。）。阀门阀门A A继续开大，使管继续开大，使管中流速增大，直到流体质点中流速增大，直到流体质点的运动呈分层流动状态被破的运动呈分层流动状态被破坏，发生互相混杂，并且有坏，发生互相混杂，并且有纵向脉动，这种流动状态为纵向脉动，这种流动状态为紊流紊流（右图（右图c c）。）。四、四、层流、紊流与雷诺
25、数层流、紊流与雷诺数 从上实验可知随着水流流速加大，从上实验可知随着水流流速加大，层流可以转变为紊流；反之，随着水流层流可以转变为紊流；反之，随着水流流速减小，紊流也可以转变为层流，这流速减小，紊流也可以转变为层流，这种种流体形态转变时的流体形态转变时的平均流速平均流速(V)(V)叫做叫做临临界流速界流速(V(Vk k)。四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 雷雷诺诺通通过过实实验验表表明明，流流动动形形态态不不仅仅与与流流速速有有关关，还还与与流流体体的的粘粘滞滞系系数数(-动动力力粘粘滞滞系系数数，单单位位为为千千克克/米米米米或或帕帕秒秒或或牛牛秒秒/米米2 2；运运动动粘粘滞滞
26、系系数数，=/=/，的的单单位位为为米米2 2/秒秒)和和密密度度()，以以及及流流体体所所通通过过的的管管道道直直径径(d)d)有有关关。当当V V、d d愈愈大大就就愈愈易易转转变变为为紊紊流流，或或愈愈大大则则愈愈不不易易转转变变为为紊紊流流。而而且且还还发发现现临临界界流流速速也也是是随随、()()、d d值值不不同同而而变变化化，因因此此临临界界流流速速不不能能作作为为流流态态的的判判别别准准则则。但但雷雷诺诺还还发发现现，不不论论、d d如如何何变变化化，流流动动形形态态转转变变时时的的(V VK Kd)/d)/或或(V VK Kd)/d)/值值却却比比较较固固定定，而而且且是是一
27、一个个无无量量纲纲数数。将将平平均均流流速速(V)V)、管管道道直直径径(d)d)、粘粘滞滞系系数数(或或)和和密密度度()归归纳纳为为一一个个无无量量纲纲数数，称称为为雷雷诺诺数数(Reynods number-Re)Reynods number-Re)。四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数雷诺数雷诺数表达表达公式公式：Re=Re=惯性惯性力力/粘滞力粘滞力=(=(Vd)/=(Vd/)Vd)/=(Vd/)式中：式中：V-V-平均流速平均流速；d-d-管道直径管道直径；-密度密度，-动力粘滞系数动力粘滞系数；运动粘滞系数运动粘滞系数。四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数 在在管
28、道管道条件下：条件下：当当Re2320Re2320Re2320时为时为紊流紊流，紊流是一种充满了，紊流是一种充满了旋涡旋涡的急湍的的急湍的流动，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方流动，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此相互掺混。向随时间而变化，彼此相互掺混。值得注意的是，在明渠条件下，层流与紊流值得注意的是，在明渠条件下，层流与紊流的雷诺数值范围与管道条件是不同的的雷诺数值范围与管道条件是不同的(即临界雷诺即临界雷诺数不等于数不等于23202320)。它应该用。它应该用水力半径水力半径(R)R)代替代替管道管道直径直径(d)d)来计算临界雷诺数，因来
29、计算临界雷诺数，因R=(1/4)*dR=(1/4)*d，所以所以明渠流的临界雷诺数明渠流的临界雷诺数(Rek)Rek)应为应为500500。小小 结结：雷诺数雷诺数：表示流体的流动状态的无量纲数；是判别层流：表示流体的流动状态的无量纲数；是判别层流和紊流的定量准则；和紊流的定量准则；Re=Re=贯性力贯性力/粘滞力粘滞力=Vd/=Vd/=Vd/=Vd/。流动状流动状态类型态类型管道条件管道条件下的下的Re数数明渠条件明渠条件下的下的Re数数定定 义义层流层流23202320500充充满满了了旋旋涡涡的的急急湍湍的的流流动动，流流体体质质点点的的运运动动轨轨迹迹极极不不规规则则，有有纵纵向向运运
30、动动，其其流流速速大大小小和和流动方向随时间而变化，彼此相互掺混流动方向随时间而变化，彼此相互掺混第三章第三章 小小 结结主要概念：主要概念：流体流体 流体的粘滞性流体的粘滞性 内摩擦定律内摩擦定律 牛顿流体牛顿流体 非牛顿流体非牛顿流体 福劳德数福劳德数 急流急流 缓流缓流 雷诺数雷诺数 层流层流 紊流紊流 第三章第三章 小小 结结 流体的分类流体的分类一、据一、据粘滞性粘滞性（内摩擦力内摩擦力）划分）划分：1 1、牛顿流体牛顿流体（如牵引流）如牵引流）2 2、非非牛顿流体牛顿流体，包括：（包括：（1 1）宾汉流体（如重力流）宾汉流体（如重力流）（2 2）假塑性流体假塑性流体 （3 3）膨胀
31、性流体膨胀性流体二、据二、据边界条件边界条件和和流动强度流动强度划分划分：1 1、管道、管道流流2 2、明渠明渠流流（据据福劳德数福劳德数）划分：（）划分：（1 1）急流）急流 （2 2）缓）缓流流 （3 3）临界）临界流流三、据三、据流动状态流动状态（据据雷诺数雷诺数）划分）划分：1 1、层流、层流 2 2、紊流紊流第三章第三章 沉积学相关的沉积学相关的流体力学基本原理流体力学基本原理结结 束束谢谢大家谢谢大家第三章第三章沉积学相关的流体力学基本原理沉积学相关的流体力学基本原理一、一、概述概述二、二、流体的粘滞性和内摩擦定律流体的粘滞性和内摩擦定律三、三、急流、缓流和福劳德数急流、缓流和福劳
32、德数四、四、层流、紊流与雷诺数层流、紊流与雷诺数五、五、悬浮载荷和旋涡紊动作用悬浮载荷和旋涡紊动作用六、六、空气的几个流体力学问题空气的几个流体力学问题 关于管道直径与水力半径的换算（关于管道直径与水力半径的换算（1 1）水在管道或明渠中流动时，垂直流动方向的流水横断面称水在管道或明渠中流动时，垂直流动方向的流水横断面称作作过水断面过水断面(A)。如流速不变，过水断面愈大，流量也就愈大。如流速不变，过水断面愈大，流量也就愈大(即过水能力愈大即过水能力愈大)，否则相反。，否则相反。过水断面与固体边界接触的线段长度称为过水断面与固体边界接触的线段长度称为湿周湿周(X)，充满水，充满水的管道其湿周为
33、圆周，河流的湿周为河底宽度和两则壁面高度的管道其湿周为圆周，河流的湿周为河底宽度和两则壁面高度之和。当管道和河流的过水断面相等时，二者的湿周可不同。之和。当管道和河流的过水断面相等时，二者的湿周可不同。湿周愈大，阻力愈大，在其它条件相同时，过水能力就愈低，湿周愈大，阻力愈大，在其它条件相同时，过水能力就愈低，否则相反。否则相反。过水断面和湿周都反映了过水能力，在水力学中用过水断面和湿周都反映了过水能力，在水力学中用水力半径水力半径(R)表示过水能力，即：表示过水能力，即：R=A/X 水力半径愈大，过水能力愈大，反之则小。水力半径愈大，过水能力愈大，反之则小。水力半径在明渠流中不等于水深。水力半
34、径在明渠流中不等于水深。关于管道直径与水力半径的换算（关于管道直径与水力半径的换算（2 2）水力半径在管道中，管道直径水力半径在管道中，管道直径(d)(d)与水力半径之间关系如下：与水力半径之间关系如下：1)1)管道过水断面：管道过水断面：rr2 2=(d/2)=(d/2)2 2=d=d2 2/4 (1)/4 (1)(r=(r=管道半径；管道半径；d=d=管道直径管道直径)2 2）按水力半径来计算按水力半径来计算过水断面过水断面：A=XRA=XR其中若湿周其中若湿周(X)(X)为圆周，即：为圆周，即：X=2r=2(d/2)=d X=2r=2(d/2)=d A=dR (2)(2)(1)(1)式与式与(2)(2)式应相等，即：（式应相等，即：（dd2 2）/4=dR/4=dRR=（1/4）d