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圆管中的稳定层流
19.9
考虑通过半径恒定为 R 的直圆管的稳态不可压缩流动,即哈根-泊肃叶流动。
圆柱几何结构允许使用坐标 r、θ 和 z 进行径向、角向和轴向测量。
沿管道轴线平行流动的流体具有纯轴向的速度分量,且仅随径向距离变化。
这些条件简化了纳维-斯托克斯方程,揭示出一个抛物线形的速度分布曲线,表明流速在管道中心最大,向管壁方向逐渐减小,在边界处降为零。
这展示了层流现象,其中流体粒子以有序的层状平滑移动。
对该管腔横截面上的速度分布进行积分,可得到泊肃叶定律,该定律表明流量 Q 与管半径的四次方、流体黏度以及压力梯度相关。
根据流量 Q 计算得到的平均流速 V 是管中心处观测到的最大流速的一半。
该速度分布表明,流速在中心处最高,并沿抛物线规律向管壁逐渐减小至零。
哈根-泊肃叶流描述了通过半径为恒定 R 的圆柱形管道的粘性流体的稳定、不可压缩流动。这种流动曲线通常用于了解毛细管等狭窄通道中的流体输送。它是层流的基本示例。在此模型中,圆柱坐标 (r,θ,z) 用于描述管道内的径向 (r)、角度 (θ) 和轴向 (z) 维度。对于哈根-泊肃叶流,速度曲线是纯轴向的…