什么是层流-粘性流-定义

层流的特征是流体颗粒的平滑或有规则的路径。层流也被称为流线型或粘性流。优德app热能工程

层流

在流体优德体育w88官网手机版力学中,层流量其特点是平滑或普通路径与湍流相比,湍流的特征是流体颗粒的不规则运动。流体流入平行层(最小的横向混合),层间没有中断。因此,层流也称为流线型或粘性流

术语流线流动是描述流动的,因为在层流中,水层以不同的速度流过另一层,层与层之间几乎没有混合,流体粒子以确定的和可观察的路径或流线移动。

当流体流过一个封闭的通道,如管道或在两个平板之间流动时,两种类型的流动(层流或湍流)都可能发生,取决于速度,粘度流体和管道尺寸层流往往发生在较低的速度高粘度。另一方面,湍流倾向于在高速度和低粘度时发生。

由于层流是常见的仅在流动通道相对较小的情况下常见,因此流体移动缓慢,并且其粘度是相对较高的,层流在工业过程中不常见。大多数工业流动,尤其是核工程的流动都是湍流的。然而,层流量发生在任意雷诺数在近固边界处有一薄层刚好与表面相邻,这一层通常称为薄层层流底层它在传热中非常重要。w88优德备用网址 微博

尽管厚度小层流底层(通常小于管道直径的1%),因为它强烈地影响了管道其他部分的流动。表面的任何不规则或粗糙都会扰乱这一层,并显著影响流动。因此,与层流不同,的摩擦系数在湍流中,表面粗糙度是一个很强的函数。

雷诺数

雷诺数惯性力量粘滞力是一个方便的参数来预测流动状态是否将层流和紊流。它可以解释它的时候粘滞力是占主导地位的(慢流,低Re),它们足以使所有的流体颗粒保持在一条线上,然后流动是层流。即使是很低的Re表示粘性爬行运动,惯性效应可以忽略不计。当惯性力主导超过粘性力(当流体流动更快且Re更大时),流动就是紊流。

雷诺数

它是一个无量纲的数包括流量的物理特征。增加的雷诺数表示流动的湍流增加。

定义为:
雷诺数

地点:
V是流速,
D是一个特征线性维度,(流体运动长度;液压直径等等)。
ρ液密度(kg/m3.),
μ动态粘度(PA.S),
运动粘度(m2/ s);ν=μ/ρ。

图:水的粘度和密度(16MPa)
水的粘度 -  16MPa
水密度 -  16 MPa
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层流与湍流

层流与湍流

层流:

  • Re < 2000
  • '低'速度
  • 流体粒子进入直线
  • 一层一层的水以不同的速度流过几乎没有混合层之间。
  • 在环形管道中层流的速度分布是抛物线形的,最大的流量在管道中心,最小的流量在管道壁面。
  • 平均流速约为最大流速的一半。
  • 简单的数学分析是可能的。
  • 水系统实践中罕见

紊流:

  • 再保险> 4000
  • 高的速度
  • 流动的特点是不规则的运动流体的粒子。
  • 平均运动是在流动的方向上
  • 湍流的流速轮廓在管道的中心部分上相当扁平,并且迅速地靠近墙壁。
  • 平均流速近似等于管道中心的流速。
  • 数学分析是非常困难的。
  • 最常见的流类型
平均速度VAVG定义为通过横截面的平均速度。为了完全开发的层流管流,VAVG是最大速度的一半。
平均速度VAVG定义为通过横截面的平均速度。为了完全开发的层流管流,VAVG是最大速度的一半。
流动制度分类
从实际工程的观点来看,流型可以根据几个标准

所有流体流动可以分为两大类。这两种流态是:

  • 单相流体流动
  • 多相流体流动(或两相流体流动)

这是一个基本分类。所有流体流动方程(例如:88top优德官网中文版 )和本节中讨论的关系(优德体育w88官网手机版)衍生出一个流量单相流体是否液体或蒸气。多相流体流的溶液是非常复杂和困难所以它通常出现在流体力学的高级课程中。优德体育w88官网手机版

流动制度另一种通常更常见的分类流的政权是根据形状和类型的吗简化。所有的流体流动可分为两大类。流体流动可以是层流的,也可以是紊流的,因此这两类是:

  • 层流
  • 湍流

层流其特点是光滑的或者常规的路径流体的粒子。因此,层流也称为流线型或粘性流。与层流相比,湍流其特点是不规则的运动流体的粒子。湍流流体不是在平行层中流动,横向混合很大,且层间存在中断。大多数工业流,特别是核工程的人是湍流

流动制度也可以根据该流动制度根据导管的几何形状或流量区域。从这个角度来看,我们区分:

  • 内部流
  • 外部流

内部流是一种流体被一个表面所限制的流动。内部流动状态的详细知识是重视工程,因为圆形管道可以承受高压,因此被用来输送液体。另一方面,外部流是这样一种流动,在这种流动中,边界层自由地发展,没有受到相邻表面的约束。对行为的详细了解外部流制度是特别是在航空中的重要性空气动力学

雷诺斯号码制度

流动制度层流。出于实际目的,如果雷诺数是不到2000年,流动是层流。圆形管道中的流动的接受的过渡雷诺数再保险D,休息= 2300。

过渡流程。在Reynolds号码大约在2000年到4000年间由于湍流的开始,流动是不稳定的。这些流动有时被称为过渡流动。

湍流。如果雷诺数是大于3500.,流动是湍流的。大多数核设施的流体系统与湍流一起运作。

示例:主要管道和燃料束的雷诺数
这是一个说明性的例子,下面的数据不符合任何反应堆的设计。

压水反应堆被冷却,适度高压液态水(如16MPa)。在这个压力下,水大约在350°C(662°F)沸腾。进水温度约为290℃(⍴~ 720 kg/m)3.)。将水(冷却剂)在反应器核中加热至约325℃(⍴〜654kg / m3.)当水流过时的核心

液压直径
燃料棒束的液压直径。

典型PWRs的一次电路分为两部分4个独立的循环(管道直径~ 700mm),每个回路包括一个蒸汽发生器和一个主冷却剂泵。在反应堆压力容器(RPV)内部,冷却剂首先从反应堆堆芯外部流出(通过贬低)。从压力容器的底部开始,流体向上流过堆芯,冷却剂的温度在流经燃料棒及其组成的组件时上升。

假设:

  • 一次管道流速恒定,等于17米/秒,
  • 岩心流速恒定,等于5m /s,
  • 燃料通道的液压直径,Dh等于2厘米
  • 290°C时水的运动粘度等于0.12 x 1062/秒

参见:例子:通过反应堆堆芯的流量

决定

  • 流动制度和雷诺数燃料通道
  • 流动制度和雷诺数主要管道

主管道内的雷诺数等于:

再保险D= 17 [m/s] x 0.7 [m] / 0.12×106[M.2/ s] =99 000 000

这完全满足了湍流条件

燃料通道内的雷诺数等于:

再保险DH= 5 [m / s] x 0.02 [m] / 0.12×106[M.2/ s] =833 000.

这也完全满足了湍流条件。

层流-传热系数w88优德备用网址 微博

外部层流

平均值努塞尔特数对整个盘子的影响是由:

Laminar流动 - 平板 - 纽扣数

这一关系给出了平均值w88优德备用网址 微博传热系数对于整个板块,当流量为在整个盘子上。

内部层流

恒定的表面温度

层流量在管的表面温度恒定时,摩擦因数和w88优德备用网址 微博传热系数在完全发达地区保持不变。

层流流量 - 圆形管 - 温度

恒定表面热流

因此,要充分发展层流量在受恒定表面作用的圆管内热通量,纽带号是一个常数。没有依赖雷诺兹或者普兰特号码

层流流量 - 圆形管 - 助焊剂

参考:
反应堆物理与热水力学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh,A. J. Baratta,核工程介绍,3D Ed。,Prentice-Hall,2001年,ISBN:0-201-82498-1。
  3. 《核反应堆物理》,北京:清华大学出版社,2001年。
  4. Glasstone,Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,弹簧斯;第4版,1994,ISBN:978-0412985317
  5. TODREAS NEIL E.,Kazimi Mujid S.核系统卷I:热水基础,第二版。CRC压力;2版,2012年,ISBN:978-0415802871
  6. Zohuri B.,McDaniel P.核电w88优德app厂系统的热力学。斯普林克;2015年,ISBN:978-3-319-13419-2
  7. 工程热物理学报,2006,vol . 42, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, w88优德appno . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1
  8. Kleinstreuer C.现代流体动力学。优德体育w88官网手机版Springer,2010,ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源,热力学,传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博DOE基础知识手册,第1卷,2和3. 1992年6月。
  10. 《流体力学》,第7版,2010年2月,ISBN: 978-0077422417

参见:

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