文档介绍：动量传输的基本概念
什么是动量传输?
动量传输的研究对象与性质
动量传输研究问题的模型与方法
描述流场的基本物理量及梯度、散度与旋度
流场的分类与描述
小结
什么是动量传输?
物质在自然界中的存在形态有气、液、固三种,其中气体与液体统称为流体。
研究流体流动的学科称为流体力学--物理学分支
从传输的角度去研究流体力学问题,就是动量传输。所谓的传输角度,也就是注重流体的传递性质,对于动量传输而言,传递的就是动量通量。
动量传输--研究流体在外界作用下运动规律的一门科学。
流体
压缩系数: 1/Pa 当流体温度保持不变时,每增加单位压强流体体积的相对变化量
在剪切应力的作用下会发生连续的变形的物质。
可流动性:流体在任意小的切应力作用下都会发生明显的变
形,区别于固体
可压缩性:在压力的作用下,流体的体积会发生明显的变化。--分子间隙变化
粘性:流体在运动时表现出的抵抗剪切变形的能力。
动量传输的研究对象与性质
实验一:
当τ=0时,将一条色线穿透水射向平板,是一条直线(兰色),当τ≥ 0时,u水>0色线变得弯曲起来(红线),可以看到无论来流的速度是多少,这条色线总是粘附在固体壁面上。
这种边界叫无滑移边界(条件)
Vf
x
y
τ=0
τ
= Δτ
无滑移边界条件实验
A
粘性
动量传输的研究对象与性质
实验二:两块无限大的平板之间充满了流体,两板间距为y,开始时流体处于停止状态,t=0时给上平板一个拉力F,使其以恒定速度v沿x方向运动,随着时间的延,流体会获得一定的动能,并最终建立一个稳定的速度分布。
y
V(y)
F
y
F
V(y)
粘性
H ≪ A ½ 叫无限大平板
动量传输的研究对象与性质
物理意义:作用在单位面积上的力(粘性力)正比于流体速度梯度。
粘性系数
表征流体粘性大小的粘性系数一般来说不是常数,它不仅决定于流体的种类,对同一种流体而言,它还是温度的函数。对于空气而言:
T=273K
粘性
动量传输的研究对象与性质
粘性力产生的物理原因
分子间的吸引力
分子的不规则运动
研究模型--连续介质模型
流体密度
临界体积:宏观上无限小而微观上足够大。
动量传输研究问题的模型与方法
Δv
v
ρ
研究模型--连续介质模型
把流体视为由大量的宏观上的微小单元无间隙的布满的模型
临界体积:宏观上无限小而微观上足够大。由流体在该处的密度就可知道其质量,另外,还可确定其它的物理量(平均)值,如压力、速度、温度等
用连续介质模型描述的流体就叫流场
动量传输研究问题的模型与方法
采用连续介质模型,流体的一切属性,如速度、密度、压强、温度、浓度等都可以看作是坐标和时间的连续函数,从而可以利用连续函数来进行传输理论的分析研究
研究方法--(1)拉格朗日法
把流体看成是由大量的流体质点组成的,着眼于对流体质点运动的描述,设法描述出每个质点自始至终的运动状态,即其位置随时间的变化规律。是力学中质点运动描述方法在流体力学中的推广。
所有质点的运动规律整个流场的运动
动量传输研究问题的模型与方法