动量热量和质量的传递类比课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上一内容,下一内容,回主目录,返回,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,36、“不可能”这个字(法语是一个字)，只在愚人的字典中找得到。-拿破仑。,37、不要生气要争气，不要看破要突破，不要嫉妒要欣赏，不要托延要积极，不要心动要行动。,38、勤奋，机会，乐观是成功的三要素。(注意：传统观念认为勤奋和机会是成功的要素，但是经过统计学和成功人士的分析得出，乐观是成功的第三要素。,39、没有不老的誓言，没有不变的承诺，踏上旅途，义无反顾。,40、对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。,24动量热量和质量的传递类比,24动量热量和质量的传递类比36、“不可能”这个字(法语是一个字)，只在愚人的字典中找得到。-拿破仑。,37、不要生气要争气，不要看破要突破，不要嫉妒要欣赏，不要托延要积极，不要心动要行动。,38、勤奋，机会，乐观是成功的三要素。(注意：传统观念认为勤奋和机会是成功的要素，但是经过统计学和成功人士的分析得出，乐观是成功的第三要素。,39、没有不老的誓言，没有不变的承诺，踏上旅途，义无反顾。,40、对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。24动量热量和质量的传递类比2.4 质量、动量和热量传递的类比2.4.1 湍流边界层内的三传过程2.4.2 三传问题的类比方法2021/4/10241 湍流边界层内的三传过程在湍流边界层中，除因层流之间相对位移而引起的摩擦切应力 之外，还由于流体质点的不规则运动在层流之间必然要引起的传递过程。以动量传递为例，这种由于湍流混合而引起的切应力称为湍流切应力，用 表示。因而在湍流中，总切应力可表示成,（2.4-1）,2021/4/10,36、“不可能”这个字(法语是一个字)，只在愚人的字典中找得,1,动量热量和质量的传递类比课件,动量热量和质量的传递类比课件,动量热量和质量的传递类比课件,动量热量和质量的传递类比课件,这里的,称作普朗特混合长度。普朗特还假定,与,具有相同的数量级，所以，式（,2.4-2,）可以写成,式中，,称为,湍流动量扩散系数,，其数值仅取决雷诺数和流动的湍流程度等因素。据上分析，式（,2.4-1,）可以写成,（,2.4-3,）,2,4,1,湍流边界层内的三传过程,2024/11/5,这里的 称作普朗特混合长度。普朗特还假定 与 具有相同的数量,仿动量问题的研究，湍流中的热量传递可类似用下式表示,（,2.4-4,）,式中，,为,湍流热扩散系数,；,为,热扩散系数,。同理，湍流中的,A,组分质量传递可类似用下式表示,（,2.4-5,）,式中，,为湍流质扩散系数。,2,4,1,湍流边界层内的三传过程,2024/11/5,仿动量问题的研究，湍流中的热量传递可类似用下式表示241,2,4,2,三传问题的类比方法,由于湍流流动的机理十分复杂，所以,E,M,、,E,H,和,E,D,都无法用纯数学方法求得，一般均应用类比法来解湍流流动问题，即根据摩擦系数，由,类比关系,推算出换热膜系数及传质膜系数。,2024/11/5,242 三传问题的类比方法由于湍流流动的机理十分复杂，所,在讨论传递现象相似时，对系统作如下假设：系统具有等物性参数；系统中不产生能量和质量；忽略辐射作用；无粘性损耗；进行低速率的质量传递，所以对速度分布无影响。,一雷诺类比,在层流中，不存在湍流动量扩散系数和湍流热扩散系数，所以由式（,2.4-3,）和式（,2.4-4,）得,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,在讨论传递现象相似时，对系统作如下假设：系统具有等物性参数；,假定,在任意,y,处都是相同的，并且取壁面处的值。这样将上式从壁面到主流积分得,（,2.4-6,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,242 三传问题的类比方法2023/6/11,在湍流中，雷诺作了一个简化的假定，即整个流动场是由单一高度的湍流区构成，亦即认为不存在层流底层。由于湍流扩散的强度要比分子扩散的强度大得多，即认为,；,故,与,可以忽略不计，又假定,，则得,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,在湍流中，雷诺作了一个简化的假定，即整个流动场是由单一高度的,同样，将上式从壁面到主流积分，并假设,在任意点上都相等，,q,和,均取壁面处的数值得,（,2.4-7,）,实际上，湍流时存在着层流底层，因而上述简化假定与实际情况出入较大。按普朗特数的定义,，并当,Pr=1,时可得到,。比较可以看出，式（,2.4-6,）和式（,2.4-7,）是完全一致的。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,同样，将上式从壁面到主流积分，并假设 在任意点上都相等，q和,也就是说对于,Pr=1,的流体来说，层流底层与湍流核心中的,是相等的。应用雷诺类比，式（,2.4-6,）和式（,2.4-7,）均可改写成,此式把换热系数和阻力特性联系起来了。,由于在纵掠平板的情况下,，代入上式得,（,2.4-8,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,也就是说对于Pr=1的流体来说，层流底层与湍流核心中的 是相,根据传递过程的相似性，可将雷诺类比推广应用到质量传递过程中去，当流体层流流过平板，,Sc=1,时，边界层内浓度分布与速度分布的关系为,（,2.4-9,）,紧贴壁面,y=0,处的通量可用下式表示,（,2.4-10,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,根据传递过程的相似性，可将雷诺类比推广应用到质量传递过程中去,联立式（,2.4-9,）和式（,2.4-10,）得,（,2.4-11,）,而,（,2.4-12,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,联立式（2.4-9）和式（2.4-10）得242 三传问,所以，,（,2.4-13,）,将式（,2.4-13,）代入式（,2.4-11,）得,（,2.4-14,）,由此可见，在,的条件下，式（,2.4-14,）和式（,2.4-8,）是类似的。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,所以，242 三传问题的类比方法2023/6/11,二普朗特类比,普朗特假设湍流流动是由层流底层和湍流核心组成的，从而导得了热量传递和动量传递的普朗特类比。因此对于质量传递和动量传递可导得类似的类比。,壁面上的切应力,和通量,为常数，对式（,2.4-3,）积分得,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,二普朗特类比242 三传问题的类比方法2023/6/1,或,（,2.4-15,）,对式（,2.4-5,）积分得,或,（,2.4-16,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,或242 三传问题的类比方法2023/6/11,联立式（,2.4-15,）和式（,2.4-16,）得,湍流核心中的通量为,（,2.4-17,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,联立式（2.4-15）和式（2.4-16）得242 三传,联立式（,2.4-16,）和式（,2.4-17,）得,（,2.4-18,）,将,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,联立式（2.4-16）和式（2.4-17）得242 三传,和,代入式（,2.4-18,）得,或,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,和242 三传问题的类比方法2023/6/11,依据通用速度分布的理论，式中,的,一项，可以证得在层流底层，其值等于,所以上式可写成,（,2.4-19,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,依据通用速度分布的理论，式中 的242 三传问,将式（,2.4-19,）加以整理，并在等式两边同乘以,（其中,L,是特性尺度），得,此式左端表示为以,为,特性尺度的修伍德数：,（,2.4-20,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,将式（2.4-19）加以整理，并在等式两边同乘以 （,三，卡门类比,卡门假定湍流流动是由层流底层、过渡层和湍流核心组成的，从而导得质量传递的卡门类比为,仿式（,2.4-20,）,（,2.4-21,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,三，卡门类比242 三传问题的类比方法2023/6/11,四切尔顿,-,柯尔朋类比（,j,因子关系式）,质量传递的切尔顿,-,柯尔朋类比为,或,（,2.4-22,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,四切尔顿-柯尔朋类比（j因子关系式）242 三传问题的,式中,为传质,j,因子，此项类比适用于液体和气体。在,0.6,Sc,2500,范围内，它虽是经验公式，但能满足层流流过平板的精确解,，若等式两边同除以,得,（,2.4-23,）,将层流边界层的布拉修斯解代入上式即得切尔顿,-,柯尔朋类比,（,2.4-24,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,式中 为传质j因子，此项类比适用于液体和气体。在0.6S,将式（,2.4-23,）代入式（,2.4-24,），并经整理可得,（,2.4-25,）,它与传热,j,因子相类似。,当特性系数等于,1,时，即,Pr=1,，,Sc=1,时，得,（,2.4-26,）,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,将式（2.4-23）代入式（2.4-24），并经整理可得2,此式将三种传递形式联系起来了，若,时，则,所以，,（,2.4-27,）,此式将对流换热和对流传质联系起来了，此式适用于气体和液体，在,0.6,Sc,2500,和,0.6,Pr,100,的范围内。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,此式将三种传递形式联系起来了，若,j,因子关系式仅是用,代替了式（,2.4-20,）和式（,2.4-21,）右端分母中复杂部分。最后应予以指出，上述各种形式的类比中，当,Sc=1,时都能简化成雷诺类比。,式（,2.4-25,）中各项之间的关系示于,图,2-9,中。由图可见，,。因此，影响传质的主要因素有,式中,为壁面几何形状系数。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,j因子关系式仅是用 代替了式（2.4-20）和式（2.4-,所以，,因此，如同湍流换热一样，虽然湍流传质机理较复杂，但根据类比关系可得知传质膜系数与速度、物性及结构形状有关，也为实验和修正指出了内容和方法，给生产和实验研究指明了方向和方法。其中温度变化将引起,和,的变化，浓度变化将引起,变化。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,所以，242 三传问题的类比方法2023/6/11,因此，一般可用,、,T,或,来进行修正，如：,对液体而言,对气体而言,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,因此，一般可用 、T或 来进行修正，如：,至于修正系数,则根据具体结构进行修正，因此，接下去我们将对平板、绕流、管流进行分析讨论。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,242 三传问题的类比方法2023/6/11,三传类比的物理意义在于对三种不同的传递过程找出其间的共性，以进行综合的考查，并得出其间的一些定量关系，从而可将一种传递过程的规律用于条件类似的其它过程。特别是两种或三种传递经常同时进行，可对其间的内在联系作出估计。,2,4,2,三传问题的类比方法,2024/11/5,三传类比的物理意义在于对三种不同的传递过程找出其间的共性，以,但是从理论导出的类比式具有一定的局限性和近似性，这是由于事先作了一些简化假定，其中包括：忽略了物性随位置的变化（如传热时假定物性均为定性温度下之值），及“三传”之间的相互影响（如传热、传质引起的对流现象）等。,其实用意义在于：随着工业的迅速发展，常会遇到缺乏需要的数据，这时可应用类比关系作近似的分析和推算。例如，从易测定的摩擦因数估算传热、传