传输原理2-动量传输基本方程课件

1、12. 动量传输 基 本 方 程第1页，共34页。22.1 流体运动的描述 流体运动的全部范围称为流场，即无数个流体质点或微团运动所构成的空间。1. 拉格朗日法流体质点2. 欧拉法空间点 从分析空间某点上流体运动的物理量随时间的变化，以及由一点到另一点时这些量的变化来研究整个流体的运动。既描写场内不同空间点的流动参数随时间的变化。 以质点为研究对象,研究整个流体的运动2.1.1 描述流体运动的方法第2页，共34页。3欧拉法：速度场：（在直角坐标系中）注意维数，稳定和非稳定流场。 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 压力场 P= f（x ，y， z， ） 密度场 =f（x ，y， z， ）第3页，共34页。42.1.2 稳定流动与非稳定流动 据流场中各参数是否随时间的变化，可将流场 分为稳定流场和不稳定流场。 依据 / 是否为零来判断： 当/ =0 为稳定流动；否则为不稳定流动 为所有流动参数。 如：流速、压力、密度稳定流动不稳定流动第4页，共34页。52.1.3 迹线和流线迹线：某一流体质点在空间运动时所走过的轨迹特点：每一个质点都有一个运动的轨迹即为迹线的微分方程。第5页，共34页。6同一瞬时流场中连续的不同位置质点的流动方向线abcdvavbvcv

3、d流线：某一瞬间流场空间的一条曲线，在曲线上任一流体质点的运动速度方向与该点的切线方向重合。a：vab：vbc：vcd：vd第6页，共34页。7流线的性质：通过流场内的任何空间点，都有一条流线，在整个空间中就有一组曲线族，亦称流线族流线是不能相交的，即某一瞬间通过任一空间上，只能有一条流线（反证）在不稳定流动下，流线与迹线不重合v1v2第7页，共34页。82.1.4 流束和流管 为了表明流过的流体数量。通过微小流束的流体数量 dQ=vdA m3/s通过流管的流量 Q=AvdA 工程中常用平均流速 的概念 dA第8页，共34页。9 1. 体积流量 单位时间内通过流道横截面的流体体积。 m3/s或

4、m3/h2. 质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。 kg/s或kg/h。 2.1.5 流量和流速第9页，共34页。104. 质量流速 （质量通量）单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。3. 流速 （平均流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。 kg/（m2s）m/s通量：单位时间通过单位截面积的物理量，（）/m2.s 。第10页，共34页。112.2 连续性方程2.2.1 质量守恒定律与连续性方程为什么引入连续性方程？连续介质模型，所有流体都满足质量守恒定律仅由动量守恒引出的运动方程不封闭第11页，共34页。122.2.1 质量守恒定律与连续性方程第12页，共34页。1

5、3x方向，单位时间内ABCD面流入的质量流量质量通量沿x方向的变化率EFGH面流出的质量流量净流入的质量流量y方向，单位时间内净流入的质量流量z方向，单位时间内净流入的质量流量2.2.1 质量守恒定律与连续性方程第13页，共34页。14单位时间微元体的质量增量连续性方程2.2.1 质量守恒定律与连续性方程第14页，共34页。15稳态流动不可压缩流体稳定流动2.2.1 质量守恒定律与连续性方程第15页，共34页。16总体动量平衡x方向单位体积的动量单位时间流体沿x方向垂直通过单位面积的动量单位时间流体所具有的沿x方向的动量在y方向的动量通量单位时间流体所具有的沿x方向的动量在z方向的动量通量对流

6、动量通量2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第16页，共34页。17x方向x方向的动量沿x方向传递的动量通量通过ABCD面流入动量通量沿x方向的变化率通过EFGH面流出净流出的动量2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第17页，共34页。18x方向流体所具有的沿x方向的动量在y方向的动量通量通过ABFE面流入动量通量沿y方向的变化率通过CDHG面流出净流出的动量2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第18页，共34页。19x方向流体所具有的沿x方向的动量在z方向的动量通量通过ADHE面流入动量通量沿z方向的变化率通过BCGF面流出净流出的动量2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第19页，共34页。20 x

7、方向控制体内单位时间内动量的变化率力:面积力、体积力压力冲量：体积力设单位质量的体积力沿x方向的分量为X，则体积力的冲量：2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第20页，共34页。21X方向欧拉方程2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第21页，共34页。22X方向欧拉方程连续性方程稳定流动+不可压缩流体+2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第22页，共34页。23不可压缩流体稳定流动欧拉方程2.2.2 动量守恒定律与欧拉方程第23页，共34页。242.2.3 NS方程实际流体动量守恒第24页，共34页。25连续性方程稳定流动+不可压缩流体+2.2.3 NS方程实际流体动量守恒第25页，共34页。26理

8、想流体稳定流动不可压缩流体+2.2.3 伯努利方程工程应用基本方程第26页，共34页。27理想流体的伯努利方程1、仅有重力2、不可压缩流体（积分）2.2.3 伯努利方程工程应用基本方程第27页，共34页。28理想流体的伯努利方程单位重力流体流至任何位置时，它所具有的总机械能不变，但它的势能、压力能和动能可以相互转换。能量守恒定律能量转换定律2.2.3 伯努利方程工程应用基本方程第28页，共34页。291.工程应用形式 2.水平流体 1A12A2v1v2连续性方程 伯努利方程2.2.3 伯努利方程工程应用基本方程第29页，共34页。302.2.3 伯努利方程工程应用基本方程伯努利方程的含义第30页，共34页。31伯努利方程的含义第