傳遞過程第二章 2

第二章動量傳遞(MomentumTransfer)2-3動量傳遞的基本理論

以前的討論都是以層流為基礎的,然而,在工程實際中能做這樣處理的情況畢竟不多。一般流體都可能在湍流條件下流動。邊界層理論：闡明粘性對動量傳遞影響的一般理論。一、邊界層理論18、19世紀流體力學中存在兩個學派

水力學派：積累大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)，建立了許多經(jīng)驗方程

水動力學派：忽略流體粘性，理論地研究理論流體的數(shù)學計算，有完整的理論體系1904年，Prandtl提出了“邊界層”概念。認為即使對于空氣、水這樣粘度很低的流體，粘性也不能忽略。但其影響僅限于物體表面附近的薄層即邊界層，離開表面較遠的區(qū)域，則可視為理想流體。1邊界層流動的特點邊界層和外流區(qū)（1）繞物體流動的邊界層層流邊界層過渡區(qū)湍流邊界層粘性底層

邊界層內(nèi)是粘性流體流動。邊界層外即外流區(qū)可視為理想流體，服從理想流體運動規(guī)律。邊界層就是流動速度減慢了的流體層。①邊界層的發(fā)展②速度分布③壓力、邊界層大?、苷承粤εc慣性力⑤湍流邊界層2、邊界層流動的計算

邊界層的厚度、速度、分布、阻力定律三種方法：

粗略估算法、動量積分近似法、邊界層微分方程法（1）量級比較法

①邊界層厚度δ：②摩擦阻力摩擦阻力(2)動量積分法VonKarman①動量積分方程

特性:ρ、μ沿平壁流動，不可壓縮流體邊界層厚度δ（x）主體流速

速度分布ADBCxyzP令AD=dx，z方向為單位距離動量流率由AB側進入的總質(zhì)量流率為動量守恒方程②沿平壁層流邊界層的計算

對于以上微分方程的處理關鍵在于求解速度分布這里我們使用一元三次方程來對速度分布曲線進行擬合（二次樣條、三次樣條）即湍流邊界層:二、湍流理論1、湍流測試技術a氫氣泡法b熱絲（膜）流速儀c激光測速儀2、湍流特征及統(tǒng)計性質(zhì)（1）湍流時均速度（2）湍流統(tǒng)計特征

a湍流強度

b湍流相關與湍流微尺度主要湍流統(tǒng)計特征：湍流強度湍流尺度

在湍流場中，充滿大小不同的旋渦，其尺度從設備尺寸級至毫米級、微米級。若兩點在同旋渦內(nèi)，則兩點間的脈動速度密切相關，相關系數(shù)較大，反之很小01RLy3.湍流唯象理論-混合長（1）湍流動量交換與附加應力ll201y(2)渦流粘度模型(3)混合長模型Prandtl混合長lly21什么是Prandtl混合長？4.壁面湍流(1)壁面湍流的通用時均速度分布①粘性底層②湍流核心主要為湍流剪切應力③過渡區(qū)(2)外層速度分布5、自由湍流-射流與尾流

從管口、孔口或夾縫流出的高速流體稱為射流，經(jīng)過較短距離發(fā)展成不受邊界約束的自由湍流。由于湍流脈動，周圍流體將被卷入射流，相互摻混向下游流動，射流寬度沿程不斷擴展，速度不斷減慢，直至射流消失。

射流具有卷吸周圍流體的能力，與周圍流體間有強烈的動量交換，是實驗流體混合的基本手段。