三传类比终版.ppt

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1、三传类比李琪于红李雪赵晓敏高萨莎化工装备流动过程及原理目录动力学物性相似及微分衡算相似层流传递相似湍流传递相似三传类比典型方法介绍三传类比定义：三传类比指传递过程中的动量传递、热量传递和质量传递三者之间定量的类比关系。这三种传递过程有相同的传递机理，相同的数学表达形式。意义：在缺乏传热和传质的数据时，只要满足一定条件，可以用流体力学实验来代替传热实验和传质实验。类比方法的局限性无内热源，无化学反应一三无辐射传热的影响二无边界层分离，无形体阻力四局限性由于表面传递的质量速率足够低，对速度分布、温度分布和浓度分布的影响可以忽略不计，可视为无总体流动三传类比传递

2、机理传递过程传递的物理——数学模型边界条件求解方法相似之处动力学的物理性质求解结果极限扩散电流技术(limitingdiffusioncurrenttechnique,LDCT)LDCT特点：可直接测得液固传质系数，准确、可靠、迅速、方便，可测量局部值、瞬时值。LDCT应用：1）采用LDCT进行传质系数测试，并由三传类比理论求得传热系数，来研究如沸腾等复杂传热过程。2）采用LDCT进行气液两相流微观流动特征的研究。3）用于“三传类似率”实验验证。4）......LDCT固液传质系数的测量原理：电解质溶液中将发生电极反应。以K3Fe(CN)6一K4Fe(CN

3、)6一NaoH体系为例。阴极反应:Fe(CN)6-3+e→Fe(CN)6-4阳极反应:Fe(CN)6-4-e→Fe(CN)6-3LDCT电流电极反应电极反应分两步：离子从溶液主体向电极表面运动离子在电极表面发生电化学反应极限扩散电流：在极限扩散电流下，电化学反应速率可视为与反应离子向电极表面的扩散速率相等。LDCT单相液体与气液两相对流传热湍流状态下的单相液体强制对流传热与气液两相对流传热的研究。实验中采用LDCT法测得液固传质系数,再由三传类比原理计算出传热系数。LDCT单相液体对流传热LDCT采用LDCT与三传类比的方法对单相液体对流传热的测试结果与D

4、ittus-Boelter关联式的计算值吻合良好。相对误差在15%以内。气液两相对流传热LDCT气液两相流的传热数据与Shah的关联图吻合度较好三传类比动力学物性相似三传类比之动力学物性相似分子传递（静止流体或层流流动）动量传递能量传递质量传递现象方程牛顿粘性定理傅里叶第一定理费克第一定理扩散系数三传类比动力学物性相似理想气体：λux1ux2单位体积气体中分子数为n，分子平均速度v，每个气体分子质量m。近似假设其中1/3垂直于气体层在y方向运动，单位时间内经过单位面积交换的分子数为：分子传递动量：密度ρ=nm以动量传递为例：三传类比动力学物性相似实际气体三

5、传类比动力学物性相似依据Chapman-Enskog理论假设：1）气体非常稀薄，只发生双分子碰撞2）碰撞期间的分子运动可由经典力学描述3）只发生弹性碰撞4）分子间相互作用力只在两分子固定中心之间作用实际气体三传类比动力学物性相似Chapman-Enskog理论：三传动力学物性相似关系如果KbT/ε在1~100之间ΩD/Ω≈0.9ν/D=0.75涡流传递（湍流流动）动量传递能量传递质量传递τe——涡流剪应力或雷诺应力ε——涡流粘度εH——涡流热扩散系数(q/A)e——涡流热通量jA,e——涡流质量通量εM——涡流质量扩散系数费克第一定理三传类比动力学物性相似

6、动力学物性相似的意义普朗特数施密特数刘易斯数三传类比动力学物性相似三传类比微分衡算相似三传类比之微分衡算相似x方向运动微分方程处理三传类比微分衡算相似∴x方向的运动微分方程：三传类比微分衡算相似x方向运动微分方程处理x方向运动微分方程：能量微分方程：组分A的质量传递微分方程：y方向z方向的运动微分方程：三传类比微分衡算相似微分方程处理结果方程φΓS运动微分方程uxuyuzμμμ能量微分方程Hk/cp质量微分方程αADABρrA非定常项对流项扩散项源项三传类比微分衡算相似微分衡算相似三传类比之层流传递相似于红目录边界层理论层流边界层传热、传质的机理平壁层流边

7、界层的三传方程的精确解平壁层流边界层的三传方程的近似解层流传递相似一.边界层理论简介当流体流过壁面时，在固体壁面上方，有一层很薄的流体，成为边界层。特点：流速很小，速度梯度大，剪应力较大。边界层成因：速度边界层速度梯度热边界层温度梯度传质边界层浓度梯度存在存在存在层流传递相似流动边界层及其厚度：当ux/uo=0.99时，y方向的距离，记为δ热边界层及其厚度：(Ts-T)=0.99(Ts-To)时，与流动方向垂直的距离，记为δt浓度边界层及其厚度：(cAs-cA)=0.99(cAs-cAo)时，与流动方向垂直的距离，记为δc边界层厚度定义类比：层流传递相似二

8、.层流边界层对流传热、对流传质的机理项目对流传热对流传质传递过程热