傳遞過(guò)程第二章 2

第二章動(dòng)量傳遞(MomentumTransfer)2-3動(dòng)量傳遞的基本理論

以前的討論都是以層流為基礎(chǔ)的,然而,在工程實(shí)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(dòng)。邊界層理論：闡明粘性對(duì)動(dòng)量傳遞影響的一般理論。一、邊界層理論18、19世紀(jì)流體力學(xué)中存在兩個(gè)學(xué)派

水力學(xué)派：積累大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了許多經(jīng)驗(yàn)方程

水動(dòng)力學(xué)派：忽略流體粘性，理論地研究理論流體的數(shù)學(xué)計(jì)算，有完整的理論體系1904年，Prandtl提出了“邊界層”概念。認(rèn)為即使對(duì)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(kāi)表面較遠(yuǎn)的區(qū)域，則可視為理想流體。1邊界層流動(dòng)的特點(diǎn)邊界層和外流區(qū)（1）繞物體流動(dòng)的邊界層層流邊界層過(guò)渡區(qū)湍流邊界層粘性底層

邊界層內(nèi)是粘性流體流動(dòng)。邊界層外即外流區(qū)可視為理想流體，服從理想流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。邊界層就是流動(dòng)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、邊界層大小④粘性力與慣性力⑤湍流邊界層2、邊界層流動(dòng)的計(jì)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(dòng)量積分近似法、邊界層微分方程法（1）量級(jí)比較法

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

特性:ρ、μ沿平壁流動(dòng)，不可壓縮流體邊界層厚度δ（x）主體流速

速度分布ADBCxyzP令A(yù)D=dx，z方向?yàn)閱挝痪嚯x動(dòng)量流率由AB側(cè)進(jìn)入的總質(zhì)量流率為動(dòng)量守恒方程②沿平壁層流邊界層的計(jì)算

對(duì)于以上微分方程的處理關(guān)鍵在于求解速度分布這里我們使用一元三次方程來(lái)對(duì)速度分布曲線進(jìn)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(cè)試技術(shù)a氫氣泡法b熱絲（膜）流速儀c激光測(cè)速儀2、湍流特征及統(tǒng)計(jì)性質(zhì)（1）湍流時(shí)均速度（2）湍流統(tǒng)計(jì)特征

a湍流強(qiáng)度

b湍流相關(guān)與湍流微尺度主要湍流統(tǒng)計(jì)特征：湍流強(qiáng)度湍流尺度

在湍流場(chǎng)中，充滿大小不同的旋渦，其尺度從設(shè)備尺寸級(jí)至毫米級(jí)、微米級(jí)。若兩點(diǎn)在同旋渦內(nèi)，則兩點(diǎn)間的脈動(dòng)速度密切相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較大，反之很小01RLy3.湍流唯象理論-混合長(zhǎng)（1）湍流動(dòng)量交換與附加應(yīng)力ll201y(2)渦流粘度模型(3)混合長(zhǎng)模型Prandtl混合長(zhǎng)lly21什么是Prandtl混合長(zhǎng)？4.壁面湍流(1)壁面湍流的通用時(shí)均速度分布①粘性底層②湍流核心主要為湍流剪切應(yīng)力③過(guò)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(guò)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(dòng)，周圍流體將被卷入射流，相互摻混向下游流動(dòng)，射流寬度沿程不斷擴(kuò)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(qiáng)烈的動(dòng)量交換，是實(shí)驗(yàn)流體混合的基本手段。