2011传递讲义5(201103014).ppt

3.4 降落重力液流定态流动 ?控制方程的简化： 连续性方程 动量方程：不可压缩流 3.4 降落重力液流定态流动 z方向的分量式 化为常微分方程（控制方程） 3.4 降落重力液流定态流动 ?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 3.4 降落重力液流定态流动 ?结果讨论： (1)平均速度及膜厚度 在y方向上取一单位宽度计算主体流速ub 3.4 降落重力液流定态流动 （2）结果适用条件 定义液膜雷诺数 非自由表面的处理：边界条件 第五次作业： 85页第3题 * * 金君素 CHE34200T：传递过程原理（1） 化学工程学院 2010年3月 * * 圆管内的稳态层流定解问题 平壁间的稳态层流定解问题 * * 平壁间的稳态层流速度分布 圆管内的稳态层流速度分布 * 2.5 一维流动的薄壳微分衡算—力平衡方法 * 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： * 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。 * 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 * 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 ?速度分布 ?壁面剪应力及压降 * 关于例2-1结果的讨论 又由式（1-1）得 ?剪应力的分布 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 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 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 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。 * * 力平衡方法 N-S方程应用 圆管内的稳态层流速度分布 对N-S方程化简 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 (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 3.3.1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 当仅存在摩擦力，定义范宁摩擦系数 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 ? 层流下 Microscale Technology Uses microchannel devices to alter flow characteristics Dramatic improvements in heat tranfer, mass transfer efficiency Microscale Technology Heat Exchanger Comparison Shell Tube Compact HX Microchannel Surface Area per Unit Volume(m2/m3) 50-100 850-1500 1500 Heat Transfer Coefficient (l)(W/m2/K) ~5000 (tube side) 3000-7000 7000 Heat Transfer Coefficient (g) (W/m2/K) 20-100 50-300 400-2000 Approach Temps ~20 °C ~10 ° C 10 ° C Gas Permeation 气体渗透分离问题 Let’s go further for more fluid flow applications… 3.4 降落重力液流定态流动 液体在重力作用下，在垂直放置的固体壁面上，呈膜状缓慢向下流动。 如膜状冷凝、蒸发、湿壁塔吸收等传热和传质过程。 3.4 降落重力液流定态流动 ? 问题的界定： （1）定态；（2）不