21.2
当流体进入管道时,首先流经入口区域,在此区域内速度剖面逐渐调整,并在管壁处形成边界层。该边界层不断增长,直至充满整个管道,从而形成具有稳定速度剖面的充分发展流动,贯穿管道的横截面。
达到这种充分发展状态所需的距离称为入口段长度,其大小取决于流动类型和雷诺数。层流在较短的距离内即可达到该状态,而湍流由于存在混合和不规则性,需要更长的入口段长度。
在充分发展的流动中,流体运动由压力差驱动。在水平管道中,该压力差抵消黏性阻力并维持稳定流动。
在入口区域,流动在调整过程中需要更大的压力梯度来平衡加速度,但一旦达到充分发展,该梯度便保持恒定。
剪切应力因流动类型而异:在层流中,它由分子间的相互作用产生;而在湍流中,则源于更大尺度、随机运动的流体颗粒之间的动量传递。这种差异影响了压力分布和整体流动行为。