传递现象基础剖析.ppt

微分衡算基础 1、连续介质 微分衡算基础 3、稳态与非稳态过程 微分衡算基础 欧拉观点 微分衡算基础 坐标位置随时间的变化率等于流体在空间的速度分量，则此时的全导数称为物理量的随体导数，又称真实导数或拉格朗日导数，以 表示。 微分衡算基础 流体运动的几何描述 微元系统上作用力的分析 质量力 表面力 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 质量力是指作用在流体元的每一质点上的力。 质量力 质量力 场力 惯性力 外界力场对流体的作用力，如重力、电磁力等 由于流体作不等速运动而产生，如流体作直线加速运动时所产生的惯性力，流体绕固定轴旋转时所产生的惯性离心力 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 单位质量流体所受到的质量力称为单位质量力，它在数值上等于加速度，是一个向量 单位质量力 X，Y，Z 的单位：N / kg = kg﹒m﹒s-2 / kg = m / s2 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 若流体只受到重力作用，且 xoy 为一水平面 因此，作用在微元系统的质量力为 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 表面力 （又称接触力或机械力） 与流体元相接触的环境流体（有时可能是固体壁面）施加于该流体元上的力。表面力又称为机械力，与力所作用的面积成正比。 作用在流体上的力 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 切向应力 法向应力 单位面积上的表面力称为表面应力。 表面应力 N /m2 N /m2 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 微元系统有6个表面，每个面上都与相邻的环境流体有表面力的作用，而每个力又可沿坐标方向分解为3个分量。 dz dx dy 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 现以微元微元系统的一个面（左面）为例分析： 该表面力 可分解为： —法向应力 再分解为： －平行于表面 y 向剪应力； －平行于表面 z 向剪应力。 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 —剪应力 现将 x 方向上微元系统的6个表面应力全部绘于图上 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 方向： 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 x方向 z方向 y方向 用应力表示的运动方程： 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 代入方程： 方程的分析： 可以证明 变量数10： 已知量3： 方程数3+1： 运动方程3个，连续性方程1个 变量数 方程数：方程无解，补充应力与形变之关系 一、用应力表示的运动方程 武汉科技大学 * * 第二章 动量传递的变化方程 本章先讨论动量传递的基本概念，介绍传递过程的基础知识。 掌握动量传递的两种方式：扩散传递和对流动量传递，理解对流传递系数的定义式和求解的一般途径。然后推导动量传递的微分方程－变化方程，首先介绍有关传递过程的一些基础知识。 武汉科技大学 武汉科技大学 2、可压缩性 指传递介质之间无间隙。当流体可以当作连续介质对待时，传递介质的性质（如温度、压力和密度等）就可用连续函数加以描述。 反映流体可被压缩的程度 流体可以视为不可压缩流体 武汉科技大学 4、描述流体运动的两种观点 过程物理量不随时间而变化—稳态过程；若随时间变化—非稳态过程。 数学特征 拉格朗日观点 以各流体质点作为研究对象，考察流体中的每一个质点的运动状态和物理量随时间和空间位置的变化规律。 武汉科技大学 把着眼点放在固定空间点处的流体，考察流体质点在经过固定的空间点时运动状态和物理量随时间的变化规律。 5、常用的几种时间导数 全微分： 全导数 → → → 如：飞机外部温度探头 坐标位置随时间的变化率等于流体在空间的速度分量 武汉科技大学 随体导数 或写成 温度的各导数、密度旳各导数？？ 如：气象测温探空气球 武汉科技大学 迹线：迹线为同一流体质点在不同时刻的运动轨迹—拉格朗日观点.即该流体质点在不同时刻的运动位置的连线 流线：流线是用来描述流场中各点流动方向的曲线。它是某时刻速度场中的矢量线，即在线上任一点的切线方向与该点在该时刻的速度矢量方向一致。显然，流线的概念直接与欧拉描述相联系 流线微分方程 数学式尽管形式相同，但本质不同 稳态流动情况下，流线和迹线重合 2.1 动量传递概述 一、动量传递的基本方式 二、流体与壁面之间的动量传递 第二章 动量传递的变化方程 武汉科技大学 一、动量传递的基本方式 扩散传递 分子传递 对流传递 动量传递 涡流传递 — 因流场中存在速度梯度，分子随机运动引起的动量传递过程。