《维稳态传递过程》PPT课件

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1、一维稳态传递过程一维稳态传递过程壳层衡算法(1)考虑一薄层空间区域(即所谓壳层),它的两个主表面垂直于传递的方向，我们可以写出任一物理量E的衡算方程：对于传递过程仅在一个方向进行的稳态情况，可以运用壳层衡算法。来自对流传递的E收入++=0来自分子传递的E收入来自远程传递的E收入壳层衡算法(2)把物理量E的通量的分子传递表达式代入上述分布表达式，获得关于物理量E的密度的常微分方程。令壳层的厚度趋于零，应用一阶导数的定义获得关于物理量E的通量的常微分方程。积分这个常微分方程，得到物理量E的通量的空间

2、分布表达式。壳层衡算法(3)利用物理量E的密度的空间分布表达式计算相关的其它物理量。积分这个常微分方程，得到物理量E的密度的空间分布表达式。一维动量传递ForIsothermalSystemswithUniformComposition壳层衡算法对动量传递的应用(1)选择一个坐标系，使得流体沿着一个坐标面流动。构造一个壳层，使其的两个主表面平行于上述坐标面。对该壳层写出动量衡算式。令壳层厚度趋于零，获得动量通量的常微分方程。建模和求解问题的程序：壳层衡算法对动量传递的应用(2)根据边界条件积分动

3、量通量微分方程，得到动量通量的分布表达式。把牛顿粘性定律代入动量通量的分布表达式，获得速度的微分方程。根据边界条件积分速度微分方程，得到速度分布表达式。计算相关的物理量，例如最大速度、平均速度、流量、压力变化、作用于固体表面的力，等等。§2.2降膜流动(1)考虑斜板的中间部分，在该区域中端效应的影响可以忽略。§2.2降膜流动(2)直角坐标系是合适的选择，然后按照上图所示的方式构造壳层。§2.2降膜流动(3)来自对流传递的动量收益来自分子传递的动量收益来自远程传递的动量收益§2.2降膜流动(4)壳

4、层动量衡算方程简化为对上式取x趋于零时的极限，获得常微分方程(2.2-10)边界条件为(2.2-12)称为自由表面边界条件。§2.2降膜流动(5)积分(2.2-10)式，得到动量通量分布式为将牛顿粘性定律代入(2.2-13)式左侧，获得常微分方程(2.2-13)边界条件为(2.2-15)(2.2-17)称为无滑移边界条件。§2.2降膜流动(6)积分(2.2-15)式，得到速度分布式为获得速度分布式是求解动量传递问题的关键。基于(2.2-18)式，所有其它有关的物理量都能计算。(2.2-18)§

5、2.2降膜流动(7)质量流量等于(2.2-22)流体作用于固体壁面的剪切力为(2.2-23)§2.2降膜流动(8)通过与以下实验条件下的观察结果进行比较，检验上述解的有效性：Re<20,层流，液面涟波可以忽略。201500湍流。通过比较发现上述解只对第一种情况有效。其原因是由于我们假定液膜的上表面是自由表面边界，且忽略了进出口的端效应。§2.3通过圆管的流动(1)密度和黏度为常数的流体向下流经一根垂直的圆管。假定：层流；稳态；L>>R因而在管的中部可以忽

6、略“端效应”的影响。于是流动仅沿管道中心线的方向发生。§2.3通过圆管的流动(2)对于沿着圆柱面进行的一维流动，适于采用右图所示的圆柱坐标系和圆柱面壳层。§2.3通过圆管的流动(3)来自对流传递的z-向动量收入来自分子传递的z-向动量收入来自远程传递的z-向动量收入§2.3通过圆管的流动(4)壳层动量衡算方程简化为取r趋于零时的极限，获得常微分方程带有以下边界条件(2.3-10)§2.3通过圆管的流动(5)积分(2.3-10)式得到根据B.C.1，积分常数C1必须等于零，于是即，z-向动量通量

7、沿管半径方向线性分布，如右上图所示。(2.3-13)§2.3通过圆管的流动(6)把牛顿粘性定律(附录B.1)代入(2.3-13)式的左侧,获得重新排列上式为相应的边界条件为(2.3-15)(2.3-17)§2.3通过圆管的流动(7)常微分方程(2.3-15)式对应于边界条件(2.3-17)式的特解为速度沿管半径呈抛物分布，如右图所示。(2.3-18)§2.3通过圆管的流动(8)在管截面上对流体密度和速度的乘积进行积分，可得流经圆管的质量流量：称为Hagen-Poiseuille方程。(2.3-2

8、1)结果为更多示例：柱坐标系(2)通过环隙的流动参见§2.4可采用下述边界条件求解更多示例：柱坐标系(3)习题2B.7，内柱面轴向运动的环隙流动。上述方法可推广用于求解下列问题：采用右侧边界条件求解。更多示例：柱坐标系(4)习题3A.2：滑动轴承流体沿着圆柱坐标面周向流动。注意：流体作用于轴上的摩擦力应该用附录中(B.1-11)式计算。一维稳态传递过程ForNonisothermalSystemswithuniformcomposition内能的局部产生所谓内能的产生是指其它形式的能量转化为内能