传输原理1-动量传输基本概念课件.ppt

1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1第一篇第一篇 动量的传输动量的传输1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念21.动量传输动量传输 基基 本本 概概 念念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念3概述 冶金过程：是物理化学过程、动量、热冶金过程：是物理化学过程、动量、热量、质量传输过程的组合过程。量、质量传输过程的组合过程。传输理论的基础：质量守恒定律；动量传输理论的基础：质量守恒定律；动量守恒定律；能量守恒定律。守恒定律；能量守恒定律。研究的目的：研究速率过程（动量、热研究的目的：研究速率过程（动量、热量、质量）量、质量）本学科的现状与发展本学科的现状与发展1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念41.1 流体及连续介质模型流体及连续介质模型1、流体的定义:在切向力的作用下会发生连续的变形的物质。从物质受力和运动的特征来分：切向力流动流体固体宏观的研究流体受力和运动规律的科学 流体力学 变形速度 1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念61.1 流体及连续介质模型流体及连续介质模型2、连续介质模型:物质连续地分布于其所占有的整个空间，物质宏观运动的物理参数是空间及时间的可微连续函数。对于连续介质模型，微积分等现代数学工具可以加予应用。1、流体的定义:在切向力的作用下会发生连续的变形的物质。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念71.1 流体及连续介质模型流体及连续介质模型 1.2.1 惯性惯性流体的密度对于均质流体 V 从宏观上看应足够小，而从微观上看应足够大。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念81.2 流体的惯性流体的惯性只有当流体是连续介质时，流体的一切物理属性均可以看作是坐标和时间的连续函数。可以用微积分来处理问题。即密度的倒数。流体的密度流体的密度 流体的比容流体的比容 流体的重度流体的重度=g1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念101.3 流体的粘性流体的粘性 1.3.1 粘性的概念粘性的概念实验一 两平行平板，中间充满流体，平板的面积为A，其间的流体均匀，高为H。，且H A 叫无限大平板 xyFHx（y）稳定开始固定固定 1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念11将下面的一块平板作匀速直线运动，连续测定使这块平板作匀速直线运动所需的力。实验测得稳定后F=Const。实验结果：1 0与F不变时，FA 2 A=Const 时：F 0/H（唯一的单增函数）结果的表达式为：yxyx下标：下标：x x为运动方向；为运动方向；y y为在该方向上有速度梯度为在该方向上有速度梯度式中：式中：流体的动力粘度系数，其单位为流体的动力粘度系数，其单位为 PaPaS S 1.3.1 粘性的概念粘性的概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.3.2 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 a.a.正负号的意义正负号的意义 由于粘性应力的方向与流动方向平行，则yx与dvx/dy 的方向无关（梯度是矢量）粘性应力是一对大小相等，方向相反的力。亦是一矢量，正负号表示力的方向。同时也可表为粘性动量通量。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.3.2 牛顿粘性定律牛顿粘性定律例题：两平板相距例题：两平板相距3.2mm3.2mm，下板不动，而，下板不动，而上板以上板以1.52m/sde1.52m/sde速度运动。欲使上板保速度运动。欲使上板保持匀速运动状态，需要施加持匀速运动状态，需要施加2.39N/m2.39N/m2 2的力，的力，求板间流体的动力粘性系数。求板间流体的动力粘性系数。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念16 牛顿粘性定律牛顿粘性定律yxyx：粘性动量通量；：粘性动量通量；yxyx下标：下标：x x为运动方向；为运动方向；y y为在该方向上有速度梯度为在该方向上有速度梯度：流体的动力粘度系数，其单位为：流体的动力粘度系数，其单位为 PaPaS S 当流体的流层之间存在相对位移，即存在速度梯度时，由当流体的流层之间存在相对位移，即存在速度梯度时，由于流体的粘性作用，在其速度不相等的流层之间所产生于流体的粘性作用，在其速度不相等的流层之间所产生的粘性力的大小与速度梯度和接触面积成正比，并与流的粘性力的大小与速度梯度和接触面积成正比，并与流体的粘性有关。体的粘性有关。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念181.3.4 牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体：满足牛顿粘性定律的流体。两个含义：1、当速度梯度为零时，粘性力为零。2、粘性力与速度梯度呈线性关系。非牛顿流体：凡不满足牛顿粘性定律的流体均称为非牛顿流体。1、宾海姆流体 1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念191.3.4 牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体 当 时，不符合第一个条件，如：沙浆，矿浆等2、屈服-伪塑流型流体：其特征为 两个条件均不满足3、伪塑流型流体：注意：我们以后所讨论的流体均为牛顿流体。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念201.3.5 粘性流体与理想流体粘性流体与理想流体实际流体都是具有粘性的，都是粘性流体。不具有粘性的流体称为理想流体，这是客观世界上并不存在的一种假想流体。（1）在静止流体和速度均匀、直线运动的流体中，流体的粘性表现不出来。（2）在许多场合下，想求得粘性流体的精确解是很困难的。可以先不计粘性的影响，使问题的分析大为简化，从而有利于掌握流体流动的基本规律。至于粘性的影响则可通过试验加以修正。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念211.4 作用在流体上的力作用在流体上的力 1.4.1 表面力表面力 如法向力（压力），切向力（粘性力）表面力的大小与其表面积的大小呈正比，是作用在表面上的力。1.4.2 体积力体积力（质量力）如重力、惯性力、电磁力等 质量力的大小与其质量的大小呈正比，它可以远距离作用在流体内部的每一个质点上。故称远程力。1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念221.4.3 流体的静压力及其特点流体的静压力及其特点流体的静压力：静止流体垂直作用于单位表面上的力。物理学：压强流体的静压来源于作用在流体上的力。静压力的特点1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念241.4.3 流体的静压力及其特点流体的静压力及其特点2、流体中任意点上的静压力在各方向上均相等而与方向无关。依据静压的第二个特性：当需要测量流体中某一点的压力时，可不必选择方向，只需在该点确定的位置上进行测量即可。3、绝对压力：以绝对真空作为零压而计算。相对压力：超出大气压力的部分=P绝-P大气 真空度：负压的绝对值=|P绝-P大气|1.动量传输的基本概念动量传输的基本概念251.5 体系与控制体体系与控制体体系（系统）：一些具有特性固定不变的物质的集合控制体：大小、形状、位置不随时间而变化的流动区域 三大守恒定律在在研究区域内描述三大守恒定律在在研究区域内描述 质量守恒定律：质量守恒定律：体系：体系内质量随时间的增加率体系：体系内质量随时间的增加率=0 =0 控制体：控制体内质量随时间的增加率控制体：控制体内质量随时间的增加率=单位时间流入单位时间流入 控制体质量的速率控制体质量的速率 -单位时间流出控制体质量的速率单位时间流出控制体质量的速率 或表为：控制体内质量随时间的增加率或表为：控制体内质量随时间的增加率 +单位时间净输出控制体质量的速率单位时间净输出控制体质量的速率 =0=01.动量传输的基本概念动量传输的基本概念261.6 衡算方程衡算方程衡算方程：对已选定的控制体做某种物理量的衡算，形式为：IP IP OP+R=S OP+R=S式中：式中：IP IP 为输入项，即（单位时间内）输入控制体的量为输入项，即（单位时间内）输入控制体的量 OP OP 为输出项，即（单位时间内）输出控制体的量为输出项，即（单位时间内）输出控制体的量 R R 为源项或反应项，即（单位时间内）该物理量为源项或反应项，即（单位时间内）该物理量 在控制体重的生成或消耗量。在控制体重的生成或消耗量。S S 为积蓄项，即（单位时间内）该物理量在控制为积蓄项，即（单位时间内）该物理量在控制 体中的积累量。体中的积累量。