傳遞過程原理

1、Transport Phenomena, Xu Jian, 2009第四章 層流體系的傳遞過程n運(yùn)動(dòng)方程的應(yīng)用運(yùn)動(dòng)方程的應(yīng)用穩(wěn)態(tài)層流穩(wěn)態(tài)層流非穩(wěn)態(tài)層流非穩(wěn)態(tài)層流爬流爬流Transport Phenomena, Xu Jian, 2009流動(dòng)狀態(tài)：層流和湍流5510Re2100判 斷 是 否 是 層 流平 板特 征 速 度特 征 尺 度流 體 密 度流 體 粘 度園 管層流：流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)的方向上呈有規(guī)律的層狀流動(dòng)湍流：流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行不規(guī)則的紊亂運(yùn)動(dòng)，不僅在主流方向往前、往后流動(dòng)，而且在橫向和縱向都有“脈動(dòng)”。Re4dde 面 積計(jì) 算時(shí) ，幾 何 尺 寸 可 采 用 當(dāng) 量 直 徑周 長(zhǎng)Tran

2、sport Phenomena, Xu Jian, 2009流動(dòng)狀態(tài)：層流和湍流Transport Phenomena, Xu Jian, 20094.1 穩(wěn)態(tài)層流23C/50,1000.001,1000/hmm rmmPa skg m31例4.1 套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)層流20水以1 m的體積流率水平套管環(huán)隙。其中環(huán)隙套管的r求：截面上出現(xiàn)最大速度的徑向距離、該處的流速和內(nèi)外壁面處 的比值。2222)42)0.12 ()0.01179/)0.1 0.01179 1000Re117321000.001bbdemQum sde u21212121面積(rr解：套管的4（rr周長(zhǎng)r +r主體流速(rr所

3、以，流動(dòng)屬層流。Transport Phenomena, Xu Jian, 2009套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)22222zNavier-Stokes111()dzzzzzzzrzupuuuuuuuuurtrrzrrrrzz采用柱坐標(biāo)系， 分量的方程：由題意知：0ru 0u0zut0zuzuz=0220zu22zuz=0Z分量的N-S方程簡(jiǎn)化為：11()dzpurrrrzTransport Phenomena, Xu Jian, 2009套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)22222221121rrrrrzdrrruuuuuuuutrrrzupuururrrrrzr2222221121rrzdruuuuu uuuru

4、trrrzuupurur rrrrzrr分量分量0dpr0dpTransport Phenomena, Xu Jian, 2009套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)2maxmax,0,0zzzorrr udurruudr1r=rB.C.11()zduddPrr drdrdz常數(shù)11()zuPrrrrz2112zdudPrrcdrdzTransport Phenomena, Xu Jian, 2009套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)1221max22max2222211maxmaxmax01222222max2maxmax02ma1. .21()211()ln22211()ln222zzzurzzrurzzrdPBCcr

5、dzdudPrrrdrdzrrdPdrdPrrrrdurrurdzrdzrrrdPdrdPrrrrdurrurdzrdzrr 由得222221x210.10.050.073550.12ln2ln0.05rrmrrTransport Phenomena, Xu Jian, 2009套管環(huán)隙中的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)2112222max2122212222max2222max21maxmax22221max2max121222121max21212()82ln220.0179/1122()(rzrbzbzzzssr rr rssr u drdPurrrrrdzrrrrruurrrrruum srrrrdudud

6、PdPdrdzrdrdzrr rrr = 222max1.27)rrTransport Phenomena, Xu Jian, 2009作業(yè)n推導(dǎo)水平圓管內(nèi)，不可壓縮流體作穩(wěn)態(tài)層流流動(dòng)的推導(dǎo)水平圓管內(nèi)，不可壓縮流體作穩(wěn)態(tài)層流流動(dòng)的速度分布式。速度分布式。Transport Phenomena, Xu Jian, 2009例4.2 降膜流動(dòng)n 流體沿一傾斜平面流動(dòng)。該流體的粘度和密度皆為常流體沿一傾斜平面流動(dòng)。該流體的粘度和密度皆為常數(shù)，且只考慮遠(yuǎn)離平板兩端的長(zhǎng)度為數(shù)，且只考慮遠(yuǎn)離平板兩端的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的區(qū)域，即進(jìn)的區(qū)域，即進(jìn)口端和出口端的擾動(dòng)在口端和出口端的擾動(dòng)在L內(nèi)不存在，亦即在該區(qū)域內(nèi)內(nèi)不存在

7、，亦即在該區(qū)域內(nèi)速度分量速度分量uz與與z無(wú)關(guān)。求其速度分布無(wú)關(guān)。求其速度分布和動(dòng)量分布和動(dòng)量分布方程。方程。Transport Phenomena, Xu Jian, 2009例4.2 降膜流動(dòng)222222zzzzDuuuupZDtzxyzUz(x)Z方向分量：0zDuDt分析：0pz0zuy220zuy0zuz220zuzcosZg22coszugx 簡(jiǎn)化為：一次積分：1coszugxCx Transport Phenomena, Xu Jian, 2009例4.2 降膜流動(dòng)0,0 xzx邊界條件：10C 二次積分：coszugxx cosxzgx coszdugxdx 22cos2zgu

8、xC 22cos2zgux邊界條件：0zxu，Transport Phenomena, Xu Jian, 2009例4.3 通過圓管的流動(dòng)一長(zhǎng)度為一長(zhǎng)度為L(zhǎng),半徑為半徑為R的的“很長(zhǎng)的很長(zhǎng)的”圓管圓管,其中有其中有密度為常數(shù)的流體作定密度為常數(shù)的流體作定常態(tài)層流流動(dòng)。求其速常態(tài)層流流動(dòng)。求其速度分布度分布和動(dòng)量分布和動(dòng)量分布方程。方程。P0PLTransport Phenomena, Xu Jian, 2009通過圓管的流動(dòng)0001202z1100224dzzzzzzzzrzrzdLrzLLrzrzrzLzrzzuPDuuuuuuurDttrrzzrrrzPPPdrrrdrzLPPPPcrrr

9、LrLPPduurcdrLrRu 解： 方向的動(dòng)量分量時(shí)B.C. 時(shí), 220014LzzPPruRLRTransport Phenomena, Xu Jian, 2009例4.4 圓管中的Bingham型流動(dòng)一種可用一種可用Bingham模型近模型近似描述的流體在壓力梯度似描述的流體在壓力梯度和和(或或)重力加速度作用下重力加速度作用下流過一垂直管，管徑和管流過一垂直管，管徑和管長(zhǎng)分別為長(zhǎng)分別為R和和L。試求。試求:速速度分布度分布uzr0Transport Phenomena, Xu Jian, 2009圓管中的Bingham型流動(dòng)02000000022000000200200000002

10、24040,2,124LLLzzzLzzLLzLPPrLPPPPdururrcdrLLrRuPPuRrrRrrLdurrdrrPPLPPrruRPPLLR rz解： B.C. 時(shí)，B.C. 時(shí), Transport Phenomena, Xu Jian, 20094.2 非穩(wěn)態(tài)層流, 0例4.5 非穩(wěn)態(tài)無(wú)限大平板上的流體，當(dāng)平板突然以速度u 向x方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，為常數(shù)，x方向不存在壓強(qiáng)梯度和重力作用，且流動(dòng)呈層流。求：平板上液體的速度分布？22222222202,( ,. .0,00,0)1xxxxxxxxzxyzzxxxxxuu iuf t yuuuuuuuPuuuXtxyzxyzI Ctuuutxuuuytyyu x解：分析：x方向的動(dòng)量方程為y=0,B.C. Transport Phenomena, Xu Jian, 2009無(wú)限大平板上的流體流動(dòng)22222220022112000022012101,xxtuuuuttyyc ecedcededed x0=uy假設(shè)解的形式為= ( ), =4u則：0,B.C.合 成 變 量 法 ：一 個(gè) 偏 微 分 方 程變 為 一 個(gè) 常 微 分 方 程20ed誤 差 函 數(shù) ：2erf()=erf()=1Transp