傳輸原理2-動量傳輸基本方程課件

1、12. 動量傳輸 基 本 方 程第1頁，共34頁。22.1 流體運動的描述 流體運動的全部范圍稱為流場，即無數個流體質點或微團運動所構成的空間。1. 拉格朗日法流體質點2. 歐拉法空間點 從分析空間某點上流體運動的物理量隨時間的變化，以及由一點到另一點時這些量的變化來研究整個流體的運動。既描寫場內不同空間點的流動參數隨時間的變化。 以質點為研究對象,研究整個流體的運動2.1.1 描述流體運動的方法第2頁，共34頁。3歐拉法：速度場：（在直角坐標系中）注意維數，穩(wěn)定和非穩(wěn)定流場。 V = f（x ，y， z，） Vx =f（x ，y， z，） Vy =f（x ，y，z，） Vz = f（x ，y

2、， z，） V = Vx2 + Vy2 + Vz2 壓力場 P= f（x ，y， z， ） 密度場 =f（x ，y， z， ）第3頁，共34頁。42.1.2 穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動 據流場中各參數是否隨時間的變化，可將流場 分為穩(wěn)定流場和不穩(wěn)定流場。 依據 / 是否為零來判斷： 當/ =0 為穩(wěn)定流動；否則為不穩(wěn)定流動 為所有流動參數。 如：流速、壓力、密度穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動第4頁，共34頁。52.1.3 跡線和流線跡線：某一流體質點在空間運動時所走過的軌跡特點：每一個質點都有一個運動的軌跡即為跡線的微分方程。第5頁，共34頁。6同一瞬時流場中連續(xù)的不同位置質點的流動方向線abcdvavbvcv

3、d流線：某一瞬間流場空間的一條曲線，在曲線上任一流體質點的運動速度方向與該點的切線方向重合。a：vab：vbc：vcd：vd第6頁，共34頁。7流線的性質：通過流場內的任何空間點，都有一條流線，在整個空間中就有一組曲線族，亦稱流線族流線是不能相交的，即某一瞬間通過任一空間上，只能有一條流線（反證）在不穩(wěn)定流動下，流線與跡線不重合v1v2第7頁，共34頁。82.1.4 流束和流管 為了表明流過的流體數量。通過微小流束的流體數量 dQ=vdA m3/s通過流管的流量 Q=AvdA 工程中常用平均流速 的概念 dA第8頁，共34頁。9 1. 體積流量 單位時間內通過流道橫截面的流體體積。 m3/s或

4、m3/h2. 質量流量 單位時間內流經管道任意截面的流體質量。 kg/s或kg/h。 2.1.5 流量和流速第9頁，共34頁。104. 質量流速 （質量通量）單位時間內流經管道單位截面積的流體質量。3. 流速 （平均流速）單位時間內流體質點在流動方向上所流經的距離。 kg/（m2s）m/s通量：單位時間通過單位截面積的物理量，（）/m2.s 。第10頁，共34頁。112.2 連續(xù)性方程2.2.1 質量守恒定律與連續(xù)性方程為什么引入連續(xù)性方程？連續(xù)介質模型，所有流體都滿足質量守恒定律僅由動量守恒引出的運動方程不封閉第11頁，共34頁。122.2.1 質量守恒定律與連續(xù)性方程第12頁，共34頁。1

5、3x方向，單位時間內ABCD面流入的質量流量質量通量沿x方向的變化率EFGH面流出的質量流量凈流入的質量流量y方向，單位時間內凈流入的質量流量z方向，單位時間內凈流入的質量流量2.2.1 質量守恒定律與連續(xù)性方程第13頁，共34頁。14單位時間微元體的質量增量連續(xù)性方程2.2.1 質量守恒定律與連續(xù)性方程第14頁，共34頁。15穩(wěn)態(tài)流動不可壓縮流體穩(wěn)定流動2.2.1 質量守恒定律與連續(xù)性方程第15頁，共34頁。16總體動量平衡x方向單位體積的動量單位時間流體沿x方向垂直通過單位面積的動量單位時間流體所具有的沿x方向的動量在y方向的動量通量單位時間流體所具有的沿x方向的動量在z方向的動量通量對流

6、動量通量2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第16頁，共34頁。17x方向x方向的動量沿x方向傳遞的動量通量通過ABCD面流入動量通量沿x方向的變化率通過EFGH面流出凈流出的動量2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第17頁，共34頁。18x方向流體所具有的沿x方向的動量在y方向的動量通量通過ABFE面流入動量通量沿y方向的變化率通過CDHG面流出凈流出的動量2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第18頁，共34頁。19x方向流體所具有的沿x方向的動量在z方向的動量通量通過ADHE面流入動量通量沿z方向的變化率通過BCGF面流出凈流出的動量2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第19頁，共34頁。20 x

7、方向控制體內單位時間內動量的變化率力:面積力、體積力壓力沖量：體積力設單位質量的體積力沿x方向的分量為X，則體積力的沖量：2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第20頁，共34頁。21X方向歐拉方程2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第21頁，共34頁。22X方向歐拉方程連續(xù)性方程穩(wěn)定流動+不可壓縮流體+2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第22頁，共34頁。23不可壓縮流體穩(wěn)定流動歐拉方程2.2.2 動量守恒定律與歐拉方程第23頁，共34頁。242.2.3 NS方程實際流體動量守恒第24頁，共34頁。25連續(xù)性方程穩(wěn)定流動+不可壓縮流體+2.2.3 NS方程實際流體動量守恒第25頁，共34頁。26理

8、想流體穩(wěn)定流動不可壓縮流體+2.2.3 伯努利方程工程應用基本方程第26頁，共34頁。27理想流體的伯努利方程1、僅有重力2、不可壓縮流體（積分）2.2.3 伯努利方程工程應用基本方程第27頁，共34頁。28理想流體的伯努利方程單位重力流體流至任何位置時，它所具有的總機械能不變，但它的勢能、壓力能和動能可以相互轉換。能量守恒定律能量轉換定律2.2.3 伯努利方程工程應用基本方程第28頁，共34頁。291.工程應用形式 2.水平流體 1A12A2v1v2連續(xù)性方程 伯努利方程2.2.3 伯努利方程工程應用基本方程第29頁，共34頁。302.2.3 伯努利方程工程應用基本方程伯努利方程的含義第30頁，共34頁。31伯努利方程的含義第