流体的粘性和牛顿粘性定律
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汽水混合物动力粘度计算公式
汽水混合物的动力粘度计算较为复杂,以下为常见的相关知识与公式推导思路:
一、单相流体动力粘度的基础。
对于单相流体(如水或蒸汽单独存在时),动力粘度(μ)是流体的一种物理性质。
1. 牛顿粘性定律。
- 对于简单的层流流动,牛顿粘性定律给出了切应力(τ)与速度梯度((du)/(dy))之间的关系:τ=μ(du)/(dy)。
- 动力粘度的单位为Pa· s(帕斯卡·秒)。
在国际单位制中,水在常温(例如20°C)下的动力粘度约为1.002×10^- 3Pa· s。
二、汽水混合物动力粘度的计算。
1. 均相流模型。
- 假设汽水混合物为均匀的单相流,此时可以根据混合物的组成按一定比例计算动力粘度。
- 如果用x表示蒸汽的质量干度(即蒸汽质量与汽水混合物总质量之比),μ_v表示蒸汽的动力粘度,μ_l表示液相(水)的动力粘度。
2. 分相流模型。
- 考虑汽水两相的相互作用,这种模型相对复杂一些。
- 一种常见的经验公式形式为:μ_m=μ_l<=ft[1+frac{x<=ft(frac{μ_v}{μ_l} - 1)}{1 + x<=ft(frac{μ_v}{μ_l}frac{ρ_l}{ρ_v}- 1)}],其中ρ_l和ρ_v分别为液相和汽相的密度。
需要注意的是,这些公式都是在一定的假设和实验基础上得出的,在实际工程应用中,可能需要根据具体的工况(如压力、温度等条件)进行修正,并且不同的行业和应用场景可能会采用不同的计算方法或经验系数。
流体:在剪切应力的作用下会发生连续的变形的物质。
连续介质模型:任一时刻流动空间的每点都被相应的流体质点占据这样的模型是连续介质模型。
粘性:在做相对运动的两流体层的接触面上,存在一对等值而反向的力来阻碍两相邻流体层做相对运动,流体的这种性质称作流体的粘性。
牛顿粘性定律:当流体的流层之间存在相对位移,即存在速度梯度时,由于流体的粘性作用,在其速度不相等的流层之间以及流体与固体表面之间所产生的粘性力的大小与速度梯度和接触面积成正比,并与流体的粘性有关。
0,x xy v dv F A H dy μτμ==±(应用范围):应用于层流流动。
牛顿流体与非牛顿流体区别:是否服从牛顿粘性定律,即流动过程中的粘性切应力和速度梯度是否成正比。
作用在流体上的力:表面力,质量力或体积力。
拉格朗日法:把流体看成是由大量的流体质点组成的,着眼于对流体质点运动的描述,设法描述出每个质点自始至终的运动状态,即其位置随时间的变化规律。
是力学中质点运动描述方法在流体力学中的推广。
欧拉法:着眼于空间点,设法在流体空间的每一个点上,描述出流体运动随时间变化的状况。
梯度:()()P grad P nφφ∂=∂场量在空间变化快慢程度的一种度量,来源于等值面的方向导数,梯度就是最大的方向导数,不同等值面间显然两等值面的法线方向的距离最短,方向导数的取值也就最大标,量场的法向变化率即梯度,梯度本身是矢量,其正方向规定为沿等值面的法线方向,并指向函数值增大的一侧。
散度:divv v =∇⋅ 描述矢量场源(汇)及矢量场体积膨胀速度的一个概念表征物理量是否有源及源的强度。
散度可描述场在某点单位体积内源的强度,也可描述单位体积的体膨胀速率。
旋度:2rotv v ω=∇⋅= 描述流体旋转的强弱,旋度--流体在流场中某点单位面积上的环量。
流场的分类:从时空依赖性上分类:稳定场、非稳定场;均匀场、非均匀场。
从密度场的变化性质上分类:可压缩流体、不可压缩流体。
牛顿粘性定律表达式
牛顿粘性定律是一种物理定律,它描述了流体或固体在不同情况下表现出的粘].它有3种主要表达方式:
1. 牛顿第一定律:
牛顿第一定律(简称“牛顿定律”)声明:如果一个流体或固体体系没有外力影响,那么体系的运动会保持平衡,也就是说不会有变化。
它的表达式为:F = m · a
2. 牛顿第二定律:
牛顿第二定律(简称“牛顿力定律”)声明:当物体在受到外力影响作用力时,物体就会发生总加速度。
它的表达式为:F = m ·(a + α)
3. 牛顿粘性定律:
牛顿粘性定律对物理学中的流体或固体的粘性力及其作用力做出定义和解释,它与牛顿力定律具有一定的联系。
它的表达式为:F = -κ · V
在物理实验中,我们可以更快地掌握牛顿粘性定律的基本原理:一个物体在固定的条件下会像其周围的一样,运动更慢一些,也就是说,其减慢的程度可以用粘性力来描述;当物体受到外力作用时,受到外力的粘性作用会影响其最终运动形式及加速度,从而可以用V=F/K表
示,其中,V表示运动后的熟悉,K为物体粘性常数。
粘性定律中涉及三个量:外力F,粘性力K和熟悉V。
综上所述,牛顿粘性定律的表达式为:F = m · a ; F = m ·(a + α) ;F = -κ · V 。
它们三者一起构成了物体运动规律中粘性力的定义与解释。