流体在不同管内的速度分布分析 冶金网www.yejinye.com 流体在管内的速度分布是指流体流动时，冶金网管截面上质点的轴向速度沿半径的变化，流体的流动型态不同，其速度分布也不相同，无论是层流还是紊流，在管道任一截面上，流体质点的速度都沿管径而变，管壁处速度为零，管中心处速度最大。这种流体在管内的实际速度分布对工程应用当中流量的测量、传热的强化、换热器的设计等具有重要意义。 1.圆管内层流的速度分布 如图1-2-16所示，在半径为R的水平圆管内取一圆柱形微元体，长度为dl，则作用在微元体上的力有： (1)作用在微元体左右两端的静压力3>-mi_d/一　　图1-2-16水平圆管内层流速度分布推导示意图。　　(2) 作用在微元体表面的内摩擦力。按牛顿粘性定律，对水平流动可不计重力作用。在稳定流动条件下，各力之和应为零。 对截面恒定的直管，静压沿管轴方向的变化率为常数。　　上式表明，圆管内层流的速度分布呈抛物线型。当r=0时，管中心处速度最大。　　由平均速度的定义可求得平均速度，即水平圆管中层流流动时，截面平均流速为管中心最大流速的1/2。 2.圆管内紊流的速度分布与层流流动相比，紊流时的状况要复杂得多，不仅有分子扩散与混合形成的粘性力，而且存在流体微团因脉动、搅混而形成的粘性力。由于紊流时流体运动的复杂性，管内的速度分布一般通过实验研究采用经验公式近似计算。常用的一种经验公式是：表1-2-4Re4x1031.1x1053.2x1061.0x107n6.07.010.011.0v/umax0.7910.8170.8660.877 当Re为1x105左右时，nz7，这就是常见的紊流速度分布的1/7次幂近似定律。根据圆管内平均速度的定义将式代入上式。 不同n值下的v/u-值列入表1-2-4中。矿山机械可见，管中紊流程度越大，即Re值越大，平均流速与最大流速之值越接近。在常见的Re数范围内，即n=7时， 即通常的紊流情况下，平均流速约为最大速度的0.817倍矿山设备www.yejinye.com。 由上可知，紊流时，流体不仅受到粘性力的作用，还受到流体质点（微团）脉动转移而附加的涡流切应力的作用。因此，紊流的总切应力为粘性切应力与涡流切应力之和。 由于从量纲考虑，动量通量可以用切应力来表示，因此紊流粘性动量通量即等于粘性动量通量与涡流动量通量之和。 由式可知，当紊流充分发展至雷诺数很大时，比要大得多，涡流切应力远大于粘性切应力，粘性力的影响可忽略，此时总切应力有关。这也反映出紊流时的摩擦阻力比层流时要大得多。 原文地址：http://www.yejinye.com/news/show-2519.html

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