浙江大学：《化工原理》本科课程教学资源（PPT课件）第一章 流体力学基础（1.3）流体流动的基本方程（1.3.1-1.3.3）

幻灯片2目录 章流体力学基础 1.3流体流动的基本方程 1.3.1基本概念 1.3.2质量衡算方程 1.3.3运动方程 、作用在流体上的力 、运动方程 、N-S方程 四、欧拉方程 五、不可压缩流体稳定层流时的N-S 方程若干解 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 1/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 1/37 幻灯片2目录 1.3 流体流动的基本方程 1.3.1 基本概念 1.3.2 质量衡算方程 1.3.3 运动方程 一、作用在流体上的力 二、运动方程 三、N-S方程 四、欧拉方程 五、不可压缩流体稳定层流时的N-S 方程若干解

3流体流动的基本方程 质量守恒 三大守恒定律动量守恒 能量守恒 1.3.1基本概念 稳定流动与不稳定流动 流动参数都不随时间而变化,就称这种流动为稳定流 动。否则就称为不稳定流动。 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 2/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 2/37      能量守恒 动量守恒 质量守恒 三大守恒定律 1.3.1 基本概念 1.3 流体流动的基本方程 一．稳定流动与不稳定流动 流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流 动。否则就称为不稳定流动

1.3.1基本概念 二、流速和流量 流量质量流量,用n表示,kg/S m= ov 体积流量,用表示,m3/s 「质量流速G=m 又称质量通量,单位为kgm2s ∫r vdA 流速体积流速—平均流速==,,单位m 点速度ν,单位m/s G=pu m=G4=4 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 3/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 3/37    V m s m kg s 体积流量，用 表示， 3 质量流量，用 表示， 流 量 m = V A m G = 又称质量通量，单位为 kg/m2 s G = u m = GA = uA  点速度 v，单位m/s         体积流速 质量流速 流 速 1.3.1 基本概念 二、流速和流量 A vdA A V u A  平均流速 = = ，单位m/s -----

1.3.1基本概念 三、粘性—牛顿粘性定律匚 内摩擦力产生的原因 还可以从动量传递角度 加以理解: 流体内部存在内摩擦力或粘滞力 单位面积上的内摩擦力,N/m 速度梯度 牛顿粘性定律 动力粘度 简称粘度 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 4/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 4/37 流体内部存在内摩擦力或粘滞力 dy dv x  =  ----------------牛顿粘性定律 单位面积上的内摩擦力， 2 N m 速度梯度 动力粘度 简称粘度 1.3.1 基本概念 三、粘性——牛顿粘性定律 v 内摩擦力产生的原因 还可以从动量传递角度 加以理解:

1.3.1基本概念 非牛顿型流体 塑性流体 牛顿流体 涨塑性流体 假塑性流体 dv/d 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 5/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 5/37  塑性流体 牛顿流体 涨塑性流体 假塑性流体 dv/dy 1.3.1 基本概念 非牛顿型流体

1.3.1基本概念 = 粘度μ: 物理意义:衡量流体粘性大小的一个物理量 单位: N/m N. ·s dd」ms 「1Pa·s=10P=1000cP 1P=100cP 获取方法:属物性之一, 由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。 影响因素:主要有体系、温度、浓度 T个,2,pG个 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 6/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 6/37 dy dv x  =    P a s m N s m m s N m dv dy =    = =      = 2 2   1P = 100cP 1Pa  s = 10P = 1000cP 主要有体系、温度、浓度 T , L , G  1.3.1 基本概念 物理意义：衡量流体粘性大小的一个物理量 单位： 获取方法：属物性之一， 由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。 影响因素： 粘度：

1.3.1基本概念 四.流动类型和雷诺数 雷诺实验□ 层流或滞流 laminar flow 两种流动型态 湍流或紊流 turbulent flow L 雷诺数 Re 惯性力 ua/d粘性力 Re dup Sm2=m"kg"5”无因次 N·s/m 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 7/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 7/37  du Re =   0 0 0 2 3 Re m kg s N s m m kg s m m du =     =      =   无因次 u d u   2 = 粘性力 惯性力  1.3.1 基本概念 四．流动类型和雷诺数 雷诺数 雷诺实验 层流或滞流 laminar flow 湍流或紊流 turbulent flow 两种流动型态

1.3.1基本概念 直管内流动时,Re≤2000 层流 Re=2000~4000过渡区 Re>4000 湍流 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 8/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 8/37 1.3.1 基本概念 直管内流动时，Re2000 层流 Re=20004000 过渡区 Re>4000 湍流

1.3.1基本概念 五、几种时间导数 1.偏导数 2.全导数 d aa d a dy a dz dt at a dt ay dt a dt 3.随体导数 D Dt 若dxdt=vx、dydt=vy、dzlt=v2 d a Dt at Ox”ay""az对流导数项 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 9/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 9/37u 1．偏导数 t  2． 全导数 dt d 3．随体导数 Dt D dt dz dt z dy dt y dx dt t x d   +   +   +   = 若 dx/dt =vx 、dy/dt =vy 、dz/dt =vz z v y v x v Dt t D x y z   +   +   +   = u 1.3.1 基本概念 五、几种时间导数 对流导数项

1.3.2质量衡算方程 质量守 三大守恒定律动量守恒 管内流动的连续性方程 能量守恒 控制体囫 质量衡算方程: 输出控制体(输入控制体(控制体内的质量 =0 的质量流量)(的质量流量丿(随时间的变化率 ∫mnd41 +2my=0 浙江大学本科生课程 化工原理 第一章流体力学基础 10/37

浙江大学本科生课程 化工原理 第一章 流体力学基础 10/37      能量守恒 动量守恒 质量守恒 三大守恒定律  A2 vdA  − A1 vdA = 0   +  V dV t  1.3.2 质量衡算方程 一、管内流动的连续性方程 质量衡算方程： = 0         +        −        随时间的变化率 控制体内的质量 的质量流量 输入控制体 的质量流量 输出控制体 控制体