动量传递概述

1、动量传递概述摘要：动量传递现象是自然界普遍存在的现象。在化学工程中，动量传递理论不仅运 用与流体输送有关的单元操作过程中，而且他还是研究热量和质量传递的基础。研究的主要 对象是黏性流体的流动。通过在传递过程中的总衡算以及微分衡算，建立动量传递的微分方 程，并在特定的定解条件下求解，可以获得所描述体系的有关物理量随空间位置和时间的逐 点变化规律。进而求出动量传递的速率。这样，运用质量守恒定律进行微分质量衡算所得的 方程称为连续性方程。关键词：动量传递、黏性流体、微分衡算、连续性方程动量传递现象在流体流动的过程中，由于存在速度的梯度，所以会发生动量的传递。主要是有两个部 分组成：一是层流流动中的分

2、子的不规则热运动引起的分子迁移过程；二是湍流流动中的微 团脉动引起的涡流传递过程。牛顿黏性定律流体具有流动性，没有固定形态，在外力以及分子的布朗运动的共同作用下，其内部会 产生相对运动。另一方面，流体还有一种内在的抗拒向前运动的特性，称之为黏性。图1流体流动的动量传递现象牛顿黏性定律可表示为：dudy式中剪应力T是作用在与y方向相垂直的单位面积上的力，也表示y方向的动量通量。 式中的负号表示动量通量的方向和速度梯度方向相反，即动量朝向速度降低的方向传递。p 为流体的动力黏度，一般简称为黏度。3.连续性方程连续性方程的推导采用欧拉观点。在单组分等温流体系统(如水)或组成均匀的多组 分混合物系统(

3、如空气)中，运用质量守恒原理进行微分质量衡算，所得的方程为连续性方程。根据质量守恒原理对索取的控制体进行质量衡算， 得：流出质量流率一流入质量流率+累积质量流率=0 流入和流出微元控制体的质量流率可按x、y、z 3个方 向进行考虑。在x方向上，流体经控制体的左侧面流入控制体的质 量通量为p则质量流率为p咔ydz ；而由控制体右侧平面流出的质量通量则为pu +3)dx，故由右侧平面 d x流出的质量流率为pu +。(pux) dx1 dy。图2微分质童衡算于是，X方向流出与流入微元控制体的质量流率之差为3(叫)dxdydz d x同理，可得y和z方向流出和流入微元控制体的质量流率之差分别为3 (

4、p u ) p u + y y3ydy dxdz - p u dxdz3 (p u )y dxdydz3ydz dxdy - p u dxdy3 (p u )dxdydz3 z控制体任一时刻的质量流量为pdxdydz，因此累积的流率为3p=dxdydz36将几个式子联立，可得如下微分质量衡算方程3(pu )3(Pu )3(pu )3p+ += 03 x3 y3 z 36写成向量形式： 3p + V - (pu) = 036对于一些特殊情况，连续性方程可以简写，如稳态流动:6 (p u -)6 (P u )6 (p u .) od x6 y6 z又如不可压缩流体，p是常数。6 u 6 u 6 u + r = 06 x 6 y 6 z写成向量形式 v u = 04.总结化工生产中往往涉及到“三传一反”，其中的三传主要是指动量传递、质量传递和热量传 递。动量传递是研究质量和热量传递的基础。这里面主要涉及到的还有微分衡算以及总衡算 方程，这对以后的热量和质量传递同样适用。任何流体的流动都符合连续性方程，该式对于 稳态流动或非稳态流动、理想流体或实际流体、不可压缩流体或可压缩流体、牛顿型流体或