4 传递讲义4

nullnull金君素CHE34200T：传递过程原理（1）化学工程学院 2012年3月第二章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 第二章总结内容: 衡算基本方程简化形式 质量衡算连续性方程 动量衡算运动方程（N-S方程） 基本概念 不同导数、Eular & Lagrange观点 表面力、本构方程 动力压力 数学处理方法的产物，了解其物理意义 衡算过程把握 理解基本方程中各项的意义 散度和比容变化率 不同力 体会数学模型化方法在化工中的应用*null*Let’s move on to some applications now…Let’s move on to some applications now…Internal Flow and External Flow……*3 运动方程的应用3 运动方程的应用[目的] 1 掌握利用连续性方程和动量方程求解简单定态流动问题的基本方法，包括：简化和假设条件的提出，方程简化形式的得出，边界条件的提出，简单积分求解，压降、速度及应力分布的导出和计算等。 2 掌握阻力系数的定义以及计算方法。 *3.1平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1平壁间的定态层流（泊肃叶流）• 问题的界定： （1）定态； （2）不可压缩流体； （3）无限宽平壁间层流； （4）考虑远离进出口区段（充分发展，无端效应）。直角坐标下，有*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）•控制方程的简化： 连续性方程动量方程：不可压缩流*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）x方向的分量式写作动压形式（水平方向）*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）同理得y方向的动量方程（竖直方向）z方向*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）由上面分析知式（3-2a）化为常微分方程（控制方程）independent*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）•控制方程的求解 二阶常微分，给两个边界条件积分得速度分布*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）•结果讨论：最大速度，平均速度，压降等得速度分布另一表达式*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）（2）单位宽度的流量*3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）3.1 平壁间的定态层流（泊肃叶流）比较式（3-5）和式（3-7）得由式（3-7）知压力梯度计算式得主体速度或截面平均速度的表达(3-7)*关于流动问题的模型化描述关于流动问题的模型化描述 • 问题的提出：物理分析。 • 控制方程：连续性方程和动量方程联立、简化。 • 边界条件（定态问题）：对控制方程积分的定解条件，如对称、极值、取已知值（无滑移）等。 • 求解方法：解析积分，数值解等。 • 结果分析和讨论：速度分布和压降等。*3.2 圆管中的定态层流3.2 圆管中的定态层流•问题的界定：（1）定态；（2）不可压缩流体；（3）考虑远离进出口区段（充分发展，无加速度，无端效应；）。（4）几何（流动）轴对称的。*3.2 圆管中的定态层流3.2 圆管中的定态层流•控制方程的简化：柱坐标 连续性方程动量方程：不可压缩流*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流z方向的分量式同理， r和q方向的分量式*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流由上面分析知式（3-11a）化为常微分方程（略去下标）*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流•控制方程求解 二阶常微分，给两个边界条件积分得速度分布*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流•结果讨论：最大速度，平均速度，压降等得速度分布另一表达*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流（2）主体流速（平均流速）得主体速度或截面平均速度的表达*null**圆管内的稳态层流定解问题 平壁间的稳态层流定解问题 *null**平壁间的稳态层流速度分布 圆管内的稳态层流速度分布*null*2.6 建模方法论： 一维薄壳微分衡算*null*例2-1. 圆管内定态层流问题：速度分布、剪应力分布及压降等。 解： 物理图景 —定态（与时间无关） —层流（流型或流态，flow pattern or regime） —充分发展的流动（速度沿流向不变、匀速、无端效应） 控制方程（微分力平衡方法）导出：*null*续例2-1. 圆管内定态层流问题 由牛顿粘性定律联立式（1-1、2-1）得本构关系给出应力或扩散通量大小。*null*续例2-1. 圆管内定态层流问题 （定）积分式（1-3）得得速度分布*null*续例2-1. 圆管内定态层流问题 定义主体平均流速（截面面积平均速度）这是面积加权平均*关于例2-1结果的讨论*关于例2-1结果的讨论速度分布壁面剪应力及压降*关于例2-1结果的讨论*关于例2-1结果的讨论又由式（1-1）得剪应力的分布*建模方法论：一维薄壳微分衡算之管流动量衡算*建模方法论：一维薄壳微分衡算之管流动量衡算*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流（3）压降计算 由式（3-14）和式（3-16）得（4）此处结果与(2.6)中力平衡方法的等效性：力平衡方法的结果*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流由本章管流简化动量方程式（3-12）得 由牛顿粘性定律得*3.3圆管中的定态层流3.3圆管中的定态层流所以式（3-12）可以写作 利用该条件对前式积分一次得可见，与力平衡方法的结果完全一致。*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流由此可以总结出求解简单流动问题的两种殊途同归的建模方法： 简化条件下依基本传递和力学定律建立控制方程（如力平衡方法）；  直接简化三维形式的连续性方程和动量方程，得到控制方程。*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流 (5)求证 层流下有*3.2圆管中的定态层流3.2圆管中的定态层流 (6) 其它类似的层流流动（自习）套管环隙间的定态层流套管环隙的周向流动r=a时，uθ=aω1；r=b时，uθ=bω2； *3.3 流动阻力系数3.3 流动阻力系数 3.3.1曳力系数和范宁摩擦系数 曳力和阻力：作用力和反作用力 总曳力包括： （1）形体曳力：由于压强分布沿表面不均匀所致，如绕流； （2）摩擦曳力：表面剪应力所致。 定义曳力系数*3.3.1曳力系数和范宁摩擦系数3.3.1曳力系数和范宁摩擦系数当仅存在摩擦力，定义范宁摩擦系数*3.3.2工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的压降计算公式3.3.2工程设计中的压降计算公式 • l与范宁摩擦系数的关系 由管内层（湍）流 的力平衡关系*3.3.2 管内层流压降的计算3.3.2 管内层流压降的计算 • 层流下*第四次作业：第四次作业：57页第7题85页第2题*第四次作业：第四次作业：84页第1题*null动量传递方程组的特点：（1）非线性偏微分方程；方程组的求解目的—获得速度与压力分布动量传递系数 CD（或 f ）等。（2）质点上的力平衡，仅能用于规则的层流求解。动量传递方程的分析 *Microscale TechnologyMicroscale TechnologyUses microchannel devices to alter flow characteristics Dramatic improvements in heat tranfer, mass transfer efficiencywww.chemalliance.org*Microscale TechnologyMicroscale Technologywww.chemalliance.org*Heat Exchanger ComparisonHeat Exchanger Comparisonwww.chemalliance.org*Gas PermeationGas Permeation气体渗透分离问题*Different Scales Involved in Trickle Bed Reactors（滴流床）Different Scales Involved in Trickle Bed Reactors（滴流床）Gas & Liquid Flow through Void Space e = 26-48 %Meso-scopic (Local Porosity Variation)Micro-scopic (Particle Level Inter-Pellet)Macro-scopic (Reactor Scale)*理想化处理：降膜流动_槽道模型理想化处理：降膜流动_槽道模型*自己推演自己推演方程简化求解 套管环隙轴向流动 分析方程解 套管环隙周向流动 旋转粘度计原理 基本步骤 教材内容阅读理解 针对流动现象建立坐标系 基本方程简化 解方程 方程解的实际意义分析 打开教材检查您的推演 对差异分析讨论 选做题目 旋转圆筒内液面形状*