化工流體流動(dòng)與傳熱 學(xué)時(shí)

1、化工流體流動(dòng)與傳熱 學(xué)時(shí)第1頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo) 表面力作用在流體微元諸表面上的力設(shè) 環(huán)境流體作用于流體微元的表面力 表面上受力習(xí)慣用單位表面上受力表示表面應(yīng)力 。第2頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)yoz平面所受表面力分析作用面的法向方向xoz平面所受表面力分析作用力的方向注意下標(biāo)相同表示法向壓力；下標(biāo)不同表示切向壓力。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)x 方向所受表面力分析第4頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)x 方向所

2、受表面力整理得第5頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)同理，在 y 和 z 方向由第6頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)代入得由（3）以應(yīng)力表示的運(yùn)動(dòng)方程第7頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)以應(yīng)力表示的運(yùn)動(dòng)方程第8頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)方程中共有 9 個(gè)表面應(yīng)力分量，寫成矩陣形式x 方向y 方向法向應(yīng)力z 方向切向應(yīng)力可以證明第9頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)方程中共有 10 個(gè)未知量運(yùn)

3、動(dòng)方程中共有 3 個(gè)已知量求解運(yùn)動(dòng)方程需建立表面應(yīng)力與速度之間的關(guān)系。分析 應(yīng)力與形變速率的關(guān)系第10頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)2.牛頓型流體的本構(gòu)方程對(duì)于牛頓型流體的一維流動(dòng)（1）剪應(yīng)力剪應(yīng)力與形變速率的關(guān)系對(duì)于牛頓型流體的三維流動(dòng)第11頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)（2）法向應(yīng)力法向應(yīng)力流體的壓力引起流體的黏性作用引起使流體微元承受壓縮，發(fā)生體積形變。使流體微元在法線方向上承受拉伸或壓縮，發(fā)生線性形變。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)各法向應(yīng)力與壓力和形變速

4、率之間的關(guān)系第13頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)3.運(yùn)動(dòng)方程由各有關(guān)關(guān)系式得第14頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)向量形式散度 牛頓型流體。由場(chǎng)論知識(shí)適用條件梯度拉普拉斯算符第15頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)對(duì)于不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)方程奈維斯托克斯方程（N-S方程）第16頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二一、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)寫成向量形式適用條件 牛頓型流體； 不可壓縮流體； 對(duì)于層流可直接應(yīng)用，對(duì)于湍流需要進(jìn)行雷諾 轉(zhuǎn)換。第17頁，共35頁，2022年，5

5、月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析1.慣性力與黏滯力慣性力質(zhì)量力（慣性力）壓力黏滯力由對(duì)流動(dòng)起決定作用的力 慣性力； 黏滯力。產(chǎn)生加速度的力統(tǒng)稱為慣性力。第18頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析2.以動(dòng)壓力表示的運(yùn)動(dòng)方程壓力靜壓力流體靜止時(shí)所呈現(xiàn)的壓力。動(dòng)壓力使流體流動(dòng)所需的壓力?？倝毫o壓力動(dòng)壓力第19頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析總壓力梯度靜壓力梯度動(dòng)壓力梯度由歐拉平衡方程第20頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析由各有關(guān)關(guān)系式得以動(dòng)壓力表示的運(yùn)動(dòng)方程第21

6、頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析3.理想流體的運(yùn)動(dòng)方程對(duì)于理想流體由展開歐拉方程第22頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)x、y 軸水平若第23頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析第24頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析第25頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析由流線方程得第26頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析變換得第27頁，共35頁，2022年，

7、5月20日，1點(diǎn)3分，星期二二、對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的分析以上三式相加并整理得積分得柏努利方程第28頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程1. 柱坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程r 分量第29頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程 分量第30頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程z 分量第31頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程2. 球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程r 分量第32頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程 分量第33頁，共35頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)3分，星期二三、柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程 分量第34頁，共35頁，2022年，5月20日，