第一章 流体流动.ppt

文档介绍：第一章流体流动
流体流动规律是本门课程的重要基础,主要原因有以下三个方面:
(1)流动阻力及流量计算
(2)流动对传热、传质及化学反应的影响
(3)流体的混合效果




流体流动的考察方法
气体合液体统称为流体。流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。不同的考察方法对流体流动情况的理解也就不同。在物理化学重(气体分子运动论)是考察单个分子的微观运动,分子的运动是随机的、不规则的混乱运动,在某一方向上有时有分子通过,有时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续的介质,所需处理的运动是一种随机的运动,问题将是非常复杂的。
(1)连续性假设
在化工原理中是考察液体质点的宏观运动,流体质点是由大量分子组成的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比起分子自由路程却要大的多。这样,可以假定流体是有大量质点组成、彼此间没有间隙、完全充满所占空间连续介质。流体的物性及运动参数在空间作连续分布,从而可以使用连续函数的数学工具加以描述。
在绝大多数情况下流体的连续性假设是成立的,只是高真空稀薄气体的情况下连续性假定不成立。
(2)流体运动的描述方法
①拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(位移、数度等)与时间的关系。可见,拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。
②欧拉法在固定的空间位置上观察流体质点的运动情况,直接描述各有关参数在空间各点的分布情况合随时间的变化,例如对速度u,可作如下描述:
可见,欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
(3)定态流动(稳定流动,定常流动)
若空间各点的状态不随时间变化,改流动称为定态流动。
ux,uy,yz,p,……=f(x,y,z) 与t 无关
(4)流线与轨线
①流线是采用欧拉法考察的结果,流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向。如图1所示。流线上四个箭头分别表示在同一时间四个不同空间位置上a、b、c、d、四个流体质点(不是真正几何意义上的点,而是具有质点尺寸的点)的速度方向。由于同一点在指定某一时刻只有一个速度,所以各流线不会相交。
②轨线是采用拉格朗日法考察流体运动所的的结果,轨线是某一流体质点的流动轨迹,轨线上各点表示同一质点在不同时刻的空间位置。
显然,轨线与流线是完全不同的。轨线描述的是同一质点在不同时,间的位置,而流线表示的则是同一瞬间不同质点的速度方向。
流体流动的考察方法
(5)系统与控制体
(6)考察方法的选择

(1)体积力(质量力)
(2)表面力
(3)牛顿粘性定律
(1)体积力(质量力)
与流体的质量成正比,对于均质的流体也与流体的体积成正比。如流体在重力场中运动时受到的重力就是一种体积力,F=mg。