化工传递工程第二章 连续性方程与运动方程.ppt

化工传递工程第二章 连续性方程与运动方程.ppt

  1. 1、本文档共70页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
化工传递工程第二章 连续性方程与运动方程

在第一章中已经论述了传递过程研究中的两种衡算方法------总衡算与微分衡算的概念以及两种衡算方法的简单应用。总衡算在工程实际中可以解决诸如物料衡算、能量转换及消耗、设备受力等许多问题,这些内容在许多其他课程如化工单元操作中详细讨论。本课程着重讨论微分动量、热量与质量衡算及其应用问题。通过微分衡算,建立描述动量、热量与质量传递的微分衡算方程,将这些方程在特定的初始和边界条件下求解,可以获得所描体系中的有关物理量随空间位置和时间的逐点变化规律,进而求出动量、热量与质量传递的速率。 (一)欧拉观点 欧拉观点以相对于坐标固定的流场内的任一空间点为研究对象,研究流体流经每一空间点的力学性质。如果每一点的流动规律都已经知道,则整个流场的运动规律也就知道了。其具体方法是,在流体运动的空间中取一位置、体积均固定的流体微元,对此流体微元依据守恒定律作相应的衡算,可以得到相应的微分方程。为了获得整个流体的运动规律,可以对微分方程积分。 采用欧拉观点进行微分衡算时,选取的衡算范围为一微团尺寸范围的控制体(流体微元)。它的特点是体积、位置固定, 输出和输入控制体的物理量随时间改变。 (二)拉格朗日观点 与欧拉观点不同,拉格朗日观点的着眼点不是流体空间上的固定点,而是流体运动的质点或微团,研究每个流体质点自始至终的运动过程。如果知道了每一个流体质点的运动规律,则整个流场的运动状况也就清楚了。在微分衡算中,采用拉格朗日方法是在运动的流体中,选取任一质量固定的流体质点,将守恒定律用于该流体质点,进行相应的微分衡算,从而得出描述物理量变化的微分方程。 采用拉格朗日观点进行微分衡算时,所选取的流体质点的特点是质量固定,而位置和体积是随时间变化的。这是由于质点随流体一起运动,而流体在不同位置的状态不同,故质点的体积亦随之受到压缩或膨胀。 将上述流体质点称为微元系统,系统外的流体称为环境。 在微分衡算方程的推导过程中,这两种观点均可采用,但选择哪一种观点比较合适,则视问题的分析研究较为简化而定。本章推导连续性方程采用欧拉观点,而推导运动方程则采用拉格朗日观点 二、物理量的时间导数 在动量、热量与质量传递过程中,众多物理量如密度、速度、温度等随时间的变化率,是传递过程速率大小的量度。物理量的时间导数有三种:偏导数、全导数和随体导数。下面以测量大气的温度 t 随时间θ的变化为例说明之。气温随空间位置和时间变化,可表为t = t (x,y,z,θ),t为空间和时间的连续函数。 (一)偏导数 为了测定大气的温度,可以将测温计装于观测站的某个空间位置,观测者记录下不同时刻的空气温度。此时得到的温度随时间的变化以 表示之,称为温度 t 的偏导数。 (二)全导数 测量大气温度也可采用下述方法:将测温计装在飞机上。飞机以一定的速度v在空间飞行。观察者记录下不同时刻的空气温度。此时得到的温度随时间的变化以 表示之,称为温度 t 的全导数。 全导数的表达式可由对 t 进行全微分得到 上式中各项同除以dθ,得 式中dx/dθ= vx,dy/dθ= vy,dz/dθ= vz分别表示飞机的运动速度v在x, y , z上的分量。 由此可见,全导数除与时间和位置有关外,还与观察者的运动速度有关。 (三)随体导数 第三种测量大气温度的方法是将测温计装于探空气球上。此时探空气球随空气一起漂动,其速度与周围大气的速度相同。观察者记录下不同时刻的大气温度。如此获得的温度t随时间θ 的变化称为随体导数(substantial derivative)亦称拉格朗日导数(Lagrangian derivation),以 表示之。 随体导数 是全导数的一个特殊情况,即当vx=ux, vy=uy, vz=uz时的全导数,其中ux, uy, uz为流体的速度。因此 一般地,随体导数的物理意义是流场中流体质点上的物理量(如温度)随时间和空间的变化率。因此,随体导数亦称为质点导数。 在传递过程的研究中,经常用到随体导数这一重要概念。 第二节 连续性方程 在单组分等温流体系统(如水)或组成均匀的多组分混合物系统(如空气)中,运用质量守恒原理进行微分质量衡算,所得方程称为连续性方程。 一、连续性方程的推导

文档评论(0)

153****9595 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档