词条 | 三传类比 |
释义 | sanchuan leibi 三传类比(卷名:化工) analogy between momentum,heat and mass transfer 指传递过程中的动量传递、热量传递和质量传递三者之间定量的类比关系。这三种传递过程有相同的传递机理,相同的数学表达形式。1874年O.雷诺首先指出热量与动量传递之间的类似性,并给出摩擦因子与传热分系数之间的定量关系。随后L.普朗特于1910年、G.I.泰勒于1916年和T.卡门于1939年相继对雷诺类比作了改进。有的提出了新的类比关系,并推广到动量传递和质量传递的类比。在类比关系的基础上,可以根据已知的一类传递规律,类推其他两种传递的规律。常见的类比关系有以下四种: 雷诺类比 雷诺假定单位时间内质量为M的流体微团,从距壁面一定距离处向壁面运动,其流速由u降为零。于是单位时间内失去的动量为Mu,它等于壁面所受的剪切力,即: Mu=τwA式中τw为壁面剪切应力;A为壁面面积。又假定这一微团在距壁面同样距离处的温度为tb,达到壁面后其温度与壁温tw一致。所传递的热量为: Mcp(tb-tw)=αA(tb-tw)式中cp为流体的定压比热容;α为传热分系数。联立以上两式,得: 由于,得: 式中ρ为流体密度;f为范宁摩擦系数(见流动阻力)。比式即为雷诺类比的数学形式,表示传热分系数α和范宁摩擦因子f之间的定量关系。St通常称为斯坦顿数: 式中Re为雷诺数;Nu为努塞尔数;Hr为普朗特数。对于Hr≈1的流体(如气体),则可简化成为: 只要摩擦因子f和Re为已知,Nu数和传热分系数即可推定。实验表明,对Hr=1的流体,雷诺类比与湍流传热的数据颇为一致。 雷诺类比是以整个流场均为湍流的假设为基础,认为流体微团直接将热量带到了壁面,而忽略了近壁处存在层流底层。 普朗特类比 普朗特考虑到壁面附近有层流底层,流体到达层流底层后,不再以对流方式而以热传导方式进行传热。从这双层模型出发,导出的类比关系为: 当Hr=1时,此式简化成与雷诺类比关系相同。 卡门类比 卡门在前人的基础上提出一个三层模型,他认为,在湍流核心与层流底层之间还有一个过渡区。根据对数速度分布(见湍流),导出的类比关系为: 普朗特和卡门类比式的适用范围都是Pr=0.7~20。 柯尔本类比 A.P.柯尔本应用管内湍流传热的经验式Nu=0.023Re0.8Pr1/3、范宁摩擦因子的经验式f=0.046Re-0.2,得出关系式为: 柯尔本将此式的左侧定义为传热j因子,即: 故称j因子类比。将柯尔本类比用于传质过程,则有: 式中jd为传质j因子;Sh为舍伍德数;Sc为施密特数(见传质分系数);Sh和Sc分别与传热过程的努塞尔数Nu和普朗特数Hr相对应。上述其他三个类比应用于传质时,也有相对应的关系式。在Hr=0.5~50的范围内j因子经常用于关联传热、传质的实验数据。当出现边界层分离时,除了摩擦阻力外,还存在压差阻力(流动阻力),这时类比式不再适用,但jd和jh仍相等。 |
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