化工流体流动与传热 11-12学时ppt课件.ppt

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1、1.1流体的物理性质第一章流体流动1.2流体静力学基本方程1.3流体流动的基本概念1.4流体流动的基本方程1.6.1概述1.5动量传递与流动阻力导论1.6流体流动的微分方程一、微分衡算方程与微分衡算方法1.微分衡算方程微分衡算方程微分质量衡算方程连续性方程对单组分流体进行微分质量衡算微分动量衡算方程运动方程对流体进行微分动量衡算传热微分方程对流体进行微分能量衡算能量方程传质微分方程对多组分流体进行微分质量衡算对流扩散方程√√一、微分衡算方程与微分衡算方法2.微分衡算方法选择衡算范围依据守恒定律进行微分衡算微分衡算方程流体微元选择流体微元欧拉方法拉格朗日方法一、微分衡算方程与微分衡算方法（1）

2、欧拉（Euler）方法在流体运动的空间中选一位置固定、体积固定的流体微元，对此流体微元依据守恒定律作相应的衡算，以得到相应的微分衡算方程。流体微元位置固定体积固定质量随密度变化流体微元一、微分衡算方程与微分衡算方法（2）拉格朗日（Lagrange）方法在流体运动的空间中选一质量固定的流体微元，该流体微元随流体一起运动，对此流体微元依据守恒定律作相应的衡算，以得到相应的微分衡算方程。流体微元质量固定位置变化体积随密度变化流体微元二、物理量的时间导数示例设大气的温度场测定大气温度随时间的变化。1.时间导数的测定方法方法1：观察者手持测温表，站在空间某固定位置处，记录不同时刻大气的温度。方法2：

3、观察者手持测温表，以任意速度在空间移动，记录不同时刻大气的温度。方法3：观察者手持测温表，乘坐热气球随大气以速度运动，记录不同时刻大气的温度。二、物理量的时间导数2.时间导数的表示方法（1）偏导数偏导数表示观察者位置固定，此时测得的温度随时间的变化率。方法1（2）全导数方法2全导数表示观察者与流体各以任意的速度运动，此时测得的温度随时间的变化率。二、物理量的时间导数由全微分得除以得全导数定义式二、物理量的时间导数式中观察者的速度流体的速度二、物理量的时间导数（3）随体导数方法3随体导数表示观察者与流体运动速度相等，此时测得的温度随时间的变化率。随体导数定义式随体导数随波逐流导数第一章流体

4、流动1.6.1概述1.6流体流动的微分方程1.6.2连续性方程一、连续性方程的推导流体微元采用欧拉方法推导边长、、体积质量点（x,y,z）处的速度微分质量衡算（x,y,z）一、连续性方程的推导点（x,y,z）处的质量通量根据质量守恒定律(输入质量流率)=(输出质量流率)+(累积质量速率)(输出)-(输入)+(累积)=0一、连续性方程的推导在x方向输入的质量速率输出的质量速率质量速率差一、连续性方程的推导同理，在y和z方向流体微元质量速率差一、连续性方程的推导流体微元内累积的质量速率代入衡算方程得微分质量衡算方程散度通用的连续性方程二、连续性方程的分析1.以随体导数表示的连续性方程展开得以随体

5、导数表示的连续性方程二、连续性方程的分析由以随体导数表示的连续性方程比容二、连续性方程的分析由体积随时间变化率相对的体积随时间变化率体积形变速率位置随时间变化率相对的位置随时间变化率线性形变速率体积形变速率=线性形变速率之和结论体积形变速率=速度向量的散度二、连续性方程的分析2.稳态流动的连续性方程稳态流动的连续性方程二、连续性方程的分析3.不可压缩流体的连续性方程不可压缩流体的连续性方程三、柱坐标与球坐标的连续性方程1.柱坐标的连续性方程柱坐标系的坐标分量时间径向坐标方位角坐标轴向坐标直角坐标与柱坐标的关系三、柱坐标与球坐标的连续性方程柱坐标的连续性方程为轴对称三、柱坐标与球坐标的连续性方

6、程2.球坐标的连续性方程柱坐标系的坐标分量时间径向坐标方位角坐标余纬度坐标直角坐标与球坐标的关系三、柱坐标与球坐标的连续性方程球坐标的连续性方程为球心对称第一章流体流动1.6.1概述1.6流体流动的微分方程1.6.2连续性方程1.6.3运动方程一、运动方程的推导流体微元1.以应力表示的运动方程边长、、质量体积微分动量衡算采用拉格朗日方法推导（1）动量守恒定律表达式由动量守恒定律一、运动方程的推导应用于流体微元作用在流体微元上的合外力动量守恒定律表达式一、运动方程的推导（2）作用在流体微元上的外力①体积力作用在流体微元整体上的力只考虑重力场的影响设—流体微元所受的重力，一、运动方程的推导x轴与

7、重力加速度方向夹角为设x、z轴水平一、运动方程的推导若由此可知，只要坐标方位确定，即为已知。练习题目思考题作业题:20、211.进行微分衡算有哪两种方法，二者有何区别？2.偏导数、全导数和随体导数各有何物理意义？3.连续性方程推导的原则是什么?4.何为体积形变速率和线性形变速率？5.轴对称和球心对称各表示何概念？