传输原理1 动量传输基本概念.ppt

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1、1第一篇动量传输2动量传输基本概念3冶金过程：是物理化学过程、动量、热量、质量传输过程的组合过程。传输理论的基础：质量守恒定律；动量守恒定律；能量守恒定律。研究的目的：研究速率过程本学科的现状与发展——流体力学1.1概述4动量传输：研究流体在外界作用下运动规律的科学，即流体力学。研究对象：流体（即液体和气体）——研究流体流动条件下的动量传输过程，实质是流体流动过程中力、能平衡问题。研究方法：连续介质模型。研究内容：流体中动量分布、动量传输规律、流速随时间和空间的变化规律。1.1概述51、流体:在切向力的作用下会发生连续的变形的物质。从物质受力和运动

2、的特征来分：切向力流动流体固体变形速度1.2流体及连续介质模型6不可压缩流体可压缩流体液体可以随其容器形状不同而改变其形状，且在相当大的压力下不改变其体积，具有自由界面。气体具有很大的压缩性和膨胀性，可以在压力下体积缩小或无限膨胀，没有自由表面。1.2流体及连续介质模型72、连续介质模型:物质连续地分布于其所占有的整个空间，物质宏观运动的物理参数是空间及时间的可微连续函数。对于连续介质模型，微积分等现代数学工具可以加予应用。1.2流体及连续介质模型8流体的密度对于均质流体ΔV从宏观上看应足够小，而从微观上看应足够大。1.3流体的惯性9只有当流体是连续

3、介质时，流体的一切物理属性均可以看作是坐标和时间的连续函数。可以用微积分来处理问题。即密度的倒数。流体的密度流体的比容流体的重度γ=ρg1.3流体的惯性10对于气体可以当作理想气体来处理，即气体满足理想气体状态方程。R0：气体常数，工程单位制中：国际单位制1.3流体的惯性11实验一两平行平板，中间充满流体，平板的面积为A，其间的流体均匀，高为H。，且H≪A½叫无限大平板xyFHx（y）稳定开始固定1.4流体的粘性12将下面的一块平板作匀速直线运动，连续测定使这块平板作匀速直线运动所需的力。实验测得稳定后F=Const。实验结果：10与F不变时，F∝A

4、2A=Const时：F∝0/H（唯一的单增函数）结果的表达式为：τyx下标：x为运动方向；y为在该方向上有速度梯度式中：μ流体的动力粘度系数，其单位为Pa∙S1.4流体的粘性13牛顿在科学方法论上的贡献：①实验——理论——应用的方法。②分析——综合方法。③归纳——演绎方法。④物理——数学方法。牛顿将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”。（1643～1727）1.4流体的粘性a.正负号的意义由于粘性应力的方向与流动方向平行，则τyx与dvx/dy的方向无关（梯度是矢量）粘性应力是一对大小相等，方向相反的力。亦是一矢量，正负号表示力的方向。同时也

5、可表为粘性动量通量。1.5牛顿粘性定律15b.粘性动量通量：通过单位面积在单位时间内传递的动量。υ—运动粘性系数，单位：m2/s粘性动量通量的大小与动量梯度成正比，方向总是从高速流层传向低速流层。既粘性动量的传递方向指向速度梯度的负值方向。使得计算结果中，粘性动量通量总是大于等于零。即：粘性动量通量1.5牛顿粘性定律例题：两平板相距3.2mm，下板不动，而上板以1.52m/sde速度运动。欲使上板保持匀速运动状态，需要施加2.39N/m2的力，求板间流体的动力粘性系数。1.5牛顿粘性定律17τyx：粘性动量通量；τyx下标：x为运动方向；y为在该方向

6、上有速度梯度μ：流体的动力粘度系数，其单位为Pa∙S当流体的流层之间存在相对位移，即存在速度梯度时，由于流体的粘性作用，在其速度不相等的流层之间所产生的粘性力的大小与速度梯度和接触面积成正比，并与流体的粘性有关。1.5牛顿粘性定律181.粘性动量通量的大小与动量(速度)梯度成正比。2.方向总是从高速流层传向低速流层。3.当dvx/dy为负值时，符号取负号。4.当dvx/dy为正值时，符号取正号。动量通量τyx始终为正值。5.μ：流体的动力粘度系数，表征流体的粘度。是流体温度和压强的函数。在工程常用的温度和范围内，粘度主要依温度而定。分析：1.5牛顿粘

7、性定律19牛顿流体：满足牛顿粘性定律的流体。两个含义：1、当速度梯度为零时，粘性力为零。2、粘性力与速度梯度呈线性关系。非牛顿流体：凡不满足牛顿粘性定律的流体均称为非牛顿流体。1、宾海姆流体1.6牛顿流体与非牛顿流体20当时，不符合第一个条件，如：沙浆，矿浆等2、屈服-伪塑流型流体：其特征为两个条件均不满足3、伪塑流型流体：注意：我们以后所讨论的流体均为牛顿流体。1.6牛顿流体与非牛顿流体21实际流体都是具有粘性的，都是粘性流体。不具有粘性的流体称为理想流体，这是客观世界上并不存在的一种假想流体。（1）在静止流体和速度均匀、直线运动的流体中，流体的粘

8、性表现不出来。（2）在许多场合下，想求得粘性流体的精确解是很困难的。可以先不计粘性的影响，使问题的分析大为简