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涡街流量计和粘度有什么关系

发表时间:2018-05-17
当流体由A到达B时,流体粘性力作用要消耗一些能量, 从而使边界层中流体的速度有降低的趋势。为了维持边界层内速度的增长,在降压增速区域内,只有靠边界层外流体输送一些能量来补充。因此,从A到B这段区间里,边界层内的流动是稳定的。
在B点以后,边界层外流体的流动变为增压减速流动,这样边界层外流体的动能要转化一部分为压力能,而流速会不断减小。由于减速,它已不可能给边界层内的流体补充能量,来减缓由于流体粘性阻滞作用的能量消耗而引起的减速趋势。这样,边界层内流体的能量有一部分要转化为压力能,还有一部分要继续克服摩擦阻力。因此,在得不到能量补充的情况下,剩余的能量已不足以维持边界层外边界上速度的减缓和压力的升高,导致速度更剧烈下降。尤其是靠近圆柱体表面的那部分流体,因受壁面影响,速度减小得更快。
流体继续运动到达C点后,为克服摩擦力所消耗的能量和为增压而转化出的能量已把圆柱体表面附近流体的动能耗尽, 这部分流体只能停滞下来,进而出现倒流现象。从图2-2可看出,速度分布曲线越来越窄。
从C点以后到D点,出现了边界层的分离面C-C'。在这个区域内,流体的流动极不稳定,不断地形成一个个旋涡。一方面这些旋涡不断地被带走,而另一方面又不断地卷进一些有较大能量的流体,来补充被带走的那部分流体。来流与边界层内倒流的流体相遇,使流线显著地被挤离圆柱体表面,产生了边界层分离现象。这就是涡街流量计中流体绕流运动和旋涡分离的原因和过程。
 
在讨论流体绕流运动时,如果流体的粘度较小(例如气体), 可把距绕流体较远处的流体运动近似看作非粘性流体做无涡街运动。而在靠近绕流体壁面处的一薄层流体的运动,却不能看成这样的流动。通常把这一薄层称为边界层。边界层内流体流动有以下特点: 
(1)边界层厚度沿绕流体在流动方向上的长度增加。
(2)—边界层图2-1绕流体边界层无论流体的粘度多小,在紧贴绕流体壁面处的流体质点的速度都为零。随着离壁面距离增大,如图2-1所示,当离壁面一定距离后,速度便增加到接近边界层外的非粘性流体相同的速度。因此,在边界层内速度梯度很大。根据牛顿内摩擦定律可知:内摩擦力和速度梯度成正比。所以,在边界层产生很大的内摩擦力。
(3) 由于边界层内的速度梯度很大,造成强烈旋涡,所以是涡运动。
(4) 边界层内沿绕流体壁面的法线方向上各点的压力数值是相同的,如设y轴为垂直于绕流体壁面的方向,则边界内压强的分布为d/)/dy = 0。边界层的存在是流体做绕流运动时产生分离现象的重要原因之一。
2.统浼钵产i在一定的雷诺数范围内,流体的绕流运动会产生旋涡分离现象。以圆柱体为例,可说明流体的绕流运动和旋涡分离过程。
 
圆柱体左边的箭头表示流体流动方向,流速为u,压力为p0
当流体流经圆柱体时,如果不考虑流体的粘性影响,则在流体接近圆柱体前缘A处就开始减速,然后沿曲面加速,在最高点B处,速度达到最大。接着开始减速,最后在圆柱体后面又合拢在一起,流动不产生分离。
而实际流体是有粘性的,因此在圆柱体表面要产生边界层。在前驻点A处,流速"=0。在该处的边界层还未来得及发展,因此边界层厚度近似为0。随着流体沿圆柱体表面向两侧绕流,经前驻点A后,流速逐渐增大,压力逐渐降低,边界层厚度逐渐增加。但该区域边界层很薄,因此边界层内部压力与外部压力可认为基本相等。边界层内流速、压力变化趋势与边界层外表面相同。
 

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