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1、第四章第四章 流体的紊流流动流体的紊流流动 p75第一篇第一篇：动量传输动量传输（1）金属热态成形中会遇到大量紊流流动现象。例如：金属液在铸型浇铸系统流动；加热炉的炉气；流化床中气体流动；管例如：金属液在铸型浇铸系统流动；加热炉的炉气；流化床中气体流动；管道中的气体、液体输送。道中的气体、液体输送。（2）紊流（湍流）状态中，质点进行的是极不规则的流动，速度的大小和方向都随时间变化，因此紊流实际上是非稳定流动。（3）紊流很难从数学方面建立动量通量与局部速度梯度之间的关系，目前的紊流流动参数关系式都是半经验公式。14.1 紊流流动特征紊流流动特征 4.1.1 紊流流动中的三个区紊流流动中的三个区(
2、1)层流底层区层流底层区：是紊流流场中的特殊位置层。位于流场的边缘与紧贴固体壁面处，非常薄，其厚度与流场中主流的紊流强度有关。形成原因：形成原因：壁面的限制、液体的附着力的作用而形成。壁面的限制、液体的附着力的作用而形成。层流底层区特点：层流底层区特点：流体为层流流动，速度梯度很大，流动完全取决于粘流体为层流流动，速度梯度很大，流动完全取决于粘性力，紊流的影响忽略不计。层流底层区的流动能量的损失很大，主要性力，紊流的影响忽略不计。层流底层区的流动能量的损失很大，主要是因为粘性切应力。是因为粘性切应力。流场流场层流底层的厚度计算：层流底层的厚度计算：公式（公式（4-1）（）（4-2），属于半经验
3、公式。），属于半经验公式。(2)紊流核心区紊流核心区：位于核心区。该区域流体流速分布比较均匀。流体粘性阻力小，附加的脉动切应力起主导作用。(3)过渡区过渡区：位于 层流底层区层流底层区 与 紊流核心区紊流核心区 之间。第一篇第一篇：动量传输动量传输第四章第四章 流体的紊流流动流体的紊流流动24.1.2紊流流动参数的紊流流动参数的“时均值时均值”和和“脉动值脉动值”（P75）脉动现象：脉动现象：紊流的流场中，任一点的瞬时速度、压力、温度等都有着随机性质的变化。但是，这样的变化在足够长的时间之内，始终是围绕着一个平均值上下波着的。速度、压力都有这种性质，这个现象称为脉动现象脉动现象。时均化原则：时
4、均化原则：基于脉动现象，可以设法定义一个“平均值”来分析紊流问题。这就是时均化原则时均化原则。第一篇第一篇：动量传输动量传输第四章第四章 流体的紊流流动流体的紊流流动3n n在一个足够长的时间段内，在一个足够长的时间段内，以平均速度以平均速度流经一流经一个微小有效断面个微小有效断面 A A的流体体的流体体积积，应应等于在同一等于在同一时间时间段内以真段内以真实实速度速度v v流流经经同一同一 A A的流体体的流体体积积，即：即：同样地，瞬时速度脉动速度称为“时均压力”时间平均速度（时均速度）第一篇第一篇：动量传输动量传输第四章第四章 流体的紊流流动流体的紊流流动4n n时均几何意义：脉动值可以
5、理解成一个随机的微扰，它的时均值（数学期望）应该是零，但是其均方（二阶矩）不为零。第一篇第一篇：动量传输动量传输第四章第四章 流体的紊流流动流体的紊流流动54.2 管道内的紊流流动管道内的紊流流动1.1.水力光滑管水力光滑管水力光滑管水力光滑管和和和和水力粗糙管水力粗糙管水力粗糙管水力粗糙管 绝对粗糙度概念绝对粗糙度概念 管壁凸出高度管壁凸出高度。层流底流底层厚度厚度 ，水力光滑管，水力光滑管 （流（流动动阻力主要由流体粘性决定）阻力主要由流体粘性决定），水力粗糙管，水力粗糙管 （流（流动动阻力受管道影响很大）阻力受管道影响很大）注意：水力光滑管和水力粗糙管是相注意：水力光滑管和水力粗糙管是相对对的概念。的概念。第一篇第一篇：动量传输动量传输第四章第四章 流体的紊流流动流体的紊流流动6