冶金传输原理（第2版）传输的类比和耦合第22章传输的类比.ppt

22.5动量、热量和质量边界层的类比流体中的Pr和Sc的数值决定于其物性，它由流体的动量扩散系数ν，热量扩散系数a和质量扩散系数D而定。对气体、液体及金属液体的数值范围如表所示。表5气体、液体及金属液体Pr和Sc特征数气体液体金属液体Pr0.6~1.01~500.001~0.02Sc1.0~2.0100~10001000在表中，各种流体的Sc值均在1.0以上，也就是说，动量边界层的厚度δ均较质量边界层的厚度δc为厚。22.5动量、热量和质量边界层的类比对气体来说，因为Pr≈Sc≈1，δ≈δT≈δc，三者几乎可以重合，如图所示。第22章传输现象的类比特性22.1动量、热量和质量传输基本概念和参数类比22.2动量、热量和质量传输的类比22.3类比的特征数22.4雷诺类比和柯尔伯恩类比22.5动量、热量和质量边界层的类比22.6冶金传输原理课程体系与结构的初步探讨22.7小结22.1动量、热量和质量传输基本概念和参数类比22.1.1传输基本概念的类比下表1列出了三种传输过程对应概念的比较。表1动量、热量、质量传输概念传输过程物理量场梯度(x方向)物性传输流密度对流传输流密度动量传输速度υ速度场速度梯度黏性动量流密度对流动量流密度热量传输温度T温度场温度梯度导热热流密度对流热流密度质量传输浓度ci浓度场浓度梯度分子扩散流密度对流传质流密度22.1.2物性和流动传输参数的类比下表对比了动量、热量和质量的物性传输参数；所谓物性传输参数与流动传输参数，指不考虑和考虑流动的影响时的传输特性参数。表2动量、热量和质量物性传输的参数类比22.1动量、热量和质量传输基本概念和参数类比表3动量、热量、质量对流传输的参数的类比三种物性传输存在类似性，三种对流传输也存在类似性，其基本方程及解法均类似。利用类似关系，可由动量传输中的摩擦阻力系数ν直接求出热量传输中的对流换热系数α和质量传输中的对流传质系数ki。表3对比了动量、热量和质量的流动传输参数。22.1动量、热量和质量传输基本概念和参数类比22.2动量、热量和质量传输的类比22.2.2动量传输与热量传输的类比在动量传输中，当流动为层流流动时，由黏性引起的剪应力可表示为：式中，为运动黏度，表明流体内部由于分子运动所引起的单位面积动量交换速率，为垂直于流动方向上单位体积的动量梯度。而当流动为湍流流动时，流体内的剪应力除黏性所致，更多的是湍流微团脉动引起的剪应力，它决定于Re准数和湍流强度等因素。22.2动量、热量和质量传输的类比它与湍流流动时普兰特混合长度l的关系为：也可写成式中，νe为湍流流动时的运动黏度，。它与层流流动时的运动黏度不同，它不是由流体性质所决定，而是反映流动状态的参数。所以在湍流流动时，总的剪应力τ总应为二者之和。当流体为不可压缩时，可以得到当流动为层流流动时，单位面积上分子传导传热的速率可表示为：所以在湍流流动时，单位面积上总的传热速率为：22.2动量、热量和质量传输的类比所以在湍流流动时，单位面积上总的传热速率为：或式中，为分子导温系数；为微团导温系数。式中，湍流流动时，紊流微团脉动引起的质量传输Ji可表示为：D为分子扩散系数。当流动为22.2动量、热量和质量传输的类比22.2.3动量传输与质最传输的类比在质量传输时，当流动为层流流动时，由分子扩散引起的质量传输J可表示为或式中，De为紊流分子扩散系数，。所以在湍流流动时，总的传质流密度应为二者之和。或由上可以看出，动量传输与质量传输之间有密切的类似关系。综上所述，动量、热量和质量传输之间的类似关系见下表。22.2动量、热量和质量传输的类比动量、热量和质量传输过程之间存在许多类似之处，根据类似性，对三种传输过程进行类比和分析，建立物理量间的定量关系，该过程即为类比。探讨传输现象的类比，一方面将有利于进一步了解机理；另一方面在缺乏传热、传质数据时，只要满足一定的条件，就可以用流体力学实验来代替传热或传质实验。表4动量、热量和质量传输之间的类似关系22.2动量、热量和质量传输的类比传递现象中的相似，以及随之而存在的类比，都要求体系满足下述五个条件：①体