传输原理教案 (第3节) 流体.pptVIP

不可压缩流体 ，?? =const 粘度不变，?=const 似隐含层流流动假设 上述结论的条件 球形颗粒 单个颗粒（颗粒间互不影响） 远离容器壁（不受容器壁的影响） 远离固体生长表面 斯托克斯公式的应用 P.62～P.65 都是实际应用例子。 一、边界层概念 对于实际流体的流动，无论是层流还是紊流，真正能够求解的问题很少。不过，实际工程中的大多数问题，是流体在固体容器或管道中的流动，这样的流动有如下特点： 二、边界层的基本特征 厚度很小 （相对于固体长度而言）。 法向速度梯度很大。 边界层沿流动方向增厚。 截面压力近似等于同一截面上的边界层外边界压力。（压力与厚度无关） 层内粘性力与惯性力同一数量级。 不稳定可压缩流体流动的质量平衡方程：p48 对于稳定流：流体密度不随密度变化， （3-43） 得连续性方程：不稳定可压缩流体流动的质量平衡方程 稳定不可压缩流体： (公式38-41 的连立) （3-44） 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.4 流体质量平衡方程—连续性方程 对于稳定流动的流管，不蓄积质量流率，流入和流出的质量流率相等。 对于不可压缩流体，由于 断面大，流速小 （3-45） （3-45）变化为： （3-46） 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.4 流体质量平衡方程—连续性方程 N-S方程： P.52 （3-47）---（3-49）3个式子。 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.5 Navier-Stokes方程（N-S方程） § 3.5 Navier-Stokes方程（N-S方程） p50 N-S方程即广义不可压缩粘性流体动量平衡方程，是1826年法国的Navier，和1847年英国的Stokes先后提出的。 N-S方程可以从一般的力学关系导出，也可以从动量平衡的角度导出。 惯性力=粘性力+压力+重力 X 方向： 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.5 Navier-Stokes方程（N-S方程） 若?=0，则为理想流体，可得到欧拉方程 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.5 Navier-Stokes方程（N-S方程） N-S方程的限制条件 N-S方程中，如果是理想流体，?=0，N-S方程变成了欧拉方程。 非稳定流形式： P.53 （3-52） 如果是稳定流，则 P.53 （3-53） ?,ρ已知，则未知数为：vx, vy, vz, p 三个N-S（Euler)方程，一个连续性方程，原则上可解。 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.6 流体流动时的欧拉方程——理想流体动量平衡方程 §3.6 流体流动时的欧拉方程——理想流体动量平衡方程 (a) 压力梯度＋上板速v0 (b) 上板v0带动 (库埃特流动) (c) 静止平板，压力差驱动 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.8 两平行平板间的层流流动 §3.8 两平行平板间的层流流动 两平行平板间的层流流动普遍存在：如导轨、导槽等等。 平行平板间层流和速度分布曲线图 条件： 1. 稳态 2. 层流，流速x 方向 3. 根据连续性方程 （3-44）（不可压缩）流体 4. 设板平行于地面，质量力gx=gz=0,gy=－g(忽略质量力时，gy=0) 5. 平板沿z向相对于二板距离为无限宽，忽略此方向上边界面影响。 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.8 两平行平板间的层流流动 将以上条件代入N-S方程（3-47）， （3-48）， （3-49），得 解(1)式，得 边界条件——对(a) (b)情形： y=0时，vx=0; y=h时，vx=v0 得（3-64）式： 特别对(b)情形： (3-65) (3-66) (3-67) (3-68) 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.8 两平行平板间的层流流动 对(c)情形： v0=0，流体两端压力差 ?p = px－px+L (3-69) (3-70) (3-71) (3-72) (a)情形的流量是(b)情形和(c)情形的流量之和 第一篇 动量传输 第3章 流体的层流流动 §3.8 两平行平板间的层流流动 许多冶金与材料加工过程都会遇到流体与颗粒相互接触的体系，以及使流体与颗粒分离的体系，如颗粒在流体中的上浮与沉降等等。 1. 单个颗粒在流体中的稳定运动 在一定条件下，我们可以通过求解N-S方程，来计算