传输原理-三传相似性 湍流模型

冶金传输原理作业一、流体流动、传热、传质的相似性及特异性三者之间在传输的机理、过程、物理数学模型等方面具有类似性和统一性。表述三种传递的性质的关系式：

yx

dxdyq dcpTyj D

dydAAy AB dy式中，左边分别代表动量、热量和质量的通量，右部括号中的式子分别代表体积流体的动量、热量和质量 dy代表梯度，负号表示传递的方向与梯度的方向相反、α、D 为物性系数，且具有相同的量纲。AB总的来说，层流中一维传递机理可以写成通式为：[动量／热量／质量]通量＝－物性系数×[速度／温度／浓度]梯度不过，这种相似性不能推广到多维流动中去。三维的热量和质量传递机理均表达为矢量情况也比这复杂。内流体总能量的增量等于单位时间内净流入控制体的总能量和传入控制体内流体的热量及作用在控制体内流体上各力做功之和。动量、热量和质量的传输，不但现象的实验定律完全类似，而且动量、热量、质量守恒的微分方程也完全类似。我们可以将微分方程用一个通用的形式表示：不稳态项+对流项=扩散项+源项对应对流传热中的普朗特数在传质中是施密特数，对流中的怒塞尔数对应的是舍伍德数。二、湍流描述的基本方法一些半经验半理论的结果。湍流的突出特点是流体内部充满了可以目测得到的旋涡条件，一是漩涡的形成，一是漩涡脱离原来的流层。从而有可能产生漩涡。界层的分离，流体流过粗糙表面，或流向的改变等都会使漩涡的形成。其它流体来补充，这样就形成了杂乱无章的旋涡运动。推出了具有实际意义的以时均值作为控制变量的雷诺方程。湍流处理方法——时均值由于湍流的最显着的特性为脉动，因此，着重讨论时间平均法。出，流速值是围绕某一平均值上下波动的。式中： 为瞬间值， 为时均值， 为脉动值。雷诺方程边求平均值，可得：即连续性方程的形式不变，N—S方程在x方向上分量形式求雷诺平均值后可转化为：它是区别层流和湍流的关键。三、物理模拟的基本方法物理模拟是以物理模型和实际原型之间的物理相似或几何相似为基础的一种模拟方法。在遵守某些相似条件下，用物理模型可以解决以下几方面的问题：1）物理模拟结果可以定性地转换为实际应用；物理模拟结果还可以定量的转化为实际应用：物理模拟并不需要模拟现象的实际转化，就可以把把模拟系统转换为实际系统；生产起到一定的指导作用。物理模拟是以模型和原型之间的物理相似或几何相似为基础的一种模拟方法。模拟结果可以定性地转23把模拟系统转换为实际系统，就必须保持两个系统能满足一定的相似性。这些相似性是：(1)几何相似：模型和原型中各对应长度之比为一常数，该常数称为比例因子。(2)时间相似：模型和原型中各对应的时间间隔成一定比例，该比例为一常数。度方向一致，大小成一定比例。动力相似：模型和原型中各对应位置力的方向一致，大小成一定比例。再加上几何相似和运动相似，则模型和原型中的温度场就相似。比例。系统的几何相似对液体流动状态有着明显的影响一。在此问题。热相似对自然流动很重要，但一般由注流引起的强制流动，模拟时很少考虑热相似。如果化学反应对流动无显著影响，则可不考虑化学相似。当两个系统几何相似和动力学相似时，其运动学相似能得到满足。两个最基本的条件。数有：雷诺准数（Reynodls）ReRe性力占统治地位。弗劳得准数Fr大小判断流动特性。Fr<1是层流，Fr>1是湍流。韦伯准数ReWe用。在考虑相似时应该注意以下几点：模拟由连续相构成的系统时，必须遵守几何相似，喷嘴雷诺准数必须相同。模拟由重