第三章第三四节

第三章第三节

(1)什么是流动边界层？边界层理论的要点是什么？

流动边界层：即使对于空气、水这样黏性很低的流体，黏性也不能忽略，但其影响仅限于壁面附近的薄层，即边界层，离开表面较远的区域，则可视为理想流体。

边界层理论的要点：

（1）当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域——边界层；

（2）在边界层内，流体的流速很小，但速度梯度很大；

（3） 在边界层内，黏性力可以达到很高的数值，它所起的作用与惯性力同等重要，在边界层内不能全部忽略黏性；

（4）在边界层外的整个流动区域，可将黏性力全部忽略，近似看成是理想流体的流动。

（5）流动分为两个区域

(2)简述湍流边界层内的流态，以及流速分布和阻力特征。

(3)边界层厚度是如何定义的？简述影响平壁边界层厚度的因素，并比较下列几组介质沿平壁面流动时，哪个边界层厚度较大： a.污水和污泥；b.水和油；c.流速大和流速小的同种流体 边界层厚度： 流体速度达到来流速度99％时的流体层厚度。

对于层流边界层： 对于湍流边界层：

影响平壁边界层厚度的因素：黏性力和惯性力

边界层厚度：a ，污泥较大 b ，油较大 c ，流速小的较大

(4)为什么管道进口段附近的摩擦系数最大？

1/

24.641x x Re δ=1/

50.376x x Re δ=x Re 为以坐标x 为特征长度的雷诺数，称为当地雷诺数。 0x xu Re ρμ

=

(5)简述边界层分离的条件和过程。流体沿平壁面的流动和理想流体绕过圆柱体流动时是否会发生边界层分离？

条件：黏性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件 .

过程：流体流过表面曲率较大的曲面时，边界层外流体的速度和压强均沿流动方向发生变化，边界层内的流动会受到很大影响。

流体惯性力与压强差流体惯性力克服黏性力和逆压强

克服流体的黏性力流体质点的速度逐渐减小

D点近壁面处流体质点速度为零

D点之后：

（1）壁面附近的流体速度方向相反，发生倒流（逆压梯度）

（2）产生旋涡。

（6）当逆压梯度相同时，层流边界层和湍流边界层分离点的相对位置如何?请解释其原因。

第四节

(1)简述运动中的物体受到阻力的原因。流线形物体运动时是否存在形体阻力？

1.内摩擦造成的摩擦阻力

2.物体前后压强差造成的形体阻力

存在

(2)简述流态对流动阻力的影响。

湍流时，摩擦阻力较层流时大。但与层流时相比，分离点后移，尾流区较小，形体阻力将减小；

层流时摩擦阻力小，但尾流区较湍流时大，形体阻力较大

(3)分析物体表面的粗糙度对流动阻力的影响，举应用实例说明

粗糙表面摩擦阻力大。但是，当表面粗糙促使边界层湍流化以后，造成分离点后移，形体阻力会大幅度下降，此时总阻力反而降低。 （没有举例）

(4)不可压缩流体在水平直管中稳态流动，试分析以下情况下，管内压力差如何变化：

a.管径增加一倍；

b.流量增加一倍；

c.管长增加一倍。

由 知，a.0.5倍压力差；b ，4倍；c.两倍的压力差 (5)试比较圆管中层流和湍流流动的速度分布特征。

层流时圆管中速度分布为抛物线

湍流流动中，由于流体质点的强烈掺混，使截面上靠管中心部分各点速度彼此拉平，速度分布较为均匀，其速度分布曲线不再是抛物线形。

(6)试分析圆管湍流流动的雷诺数和管道相对粗糙度对摩擦系数的影响。

1.Re 增大，λ减小

2.Re 增大到一定值后，λ变化平缓

3.不同的ε/d 对应不同的曲线

2m f 2

u l p d ρλ?=