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动量传递

动量传递(momentum transfer)流动着的流体与相邻的流体层或管壁间有相对运动,流速较高、动量较大的流体的动量会向相邻的低速流体层或壁面的边界层转移,称为动量传递。 [1]

它直接影响到流体在化工设备中的空间分布停留时间分布,对分离和反应设备的工作效率和化工设备放大有重要形响。 [1]

动量传递指在流动着的流体中动量由高速流体层向相邻的低速流体层的转移,与热量传递质量传递并列为三种传递过程。动量传递影响到流动空间中速度分布的状况和流动阻力的大小,并且因此而影响热量和质量的传递。动量传递是化工设备研究和设计的基础。动量传递的理论基础是流体力学,它的主要研究对象是粘性流体流动

动量传递的两种机理是:①分子动量传递,由分子热运动和分子间的吸引力造成;②涡流动量传递,由流体微团的脉动运动(或涡旋运动)所造成。动量传递的两个前提是相邻流体层间存在的速度差异(速度梯度)和物质的交换(图a)。设与CC平面相邻的两流体层具有不同的速度,即AA层较快,动量也较大,BB层较慢,动量也较小。当此两流体层间由于分子的热运动或流体微团的脉动运动(见湍流)而造成物质的交换时,动量便由AA层传递到BB层。

动量传递速率由动量通量表示,为单位时间单位面积上所传递的动量。由物理学的动量定理推知:动量传递的结果,在层间必出现剪切应力τ,大小等于动量通量。对AA层来说,剪切应力的方向与流动方向相反,它阻滞流体的前进;对BB层来说,剪切应力的方向与流动方向相同,它推动流体前进(图b)。动量传递研究的基本点是动量通量τ(即剪切应力)和速度梯度dux/dy(即剪切应变率)的关系。对分子尺度上的动量传递,剪切应力与剪切应变率的关系反映流体的力学属性。根据这种关系的不同,流体有理想流体、粘性流体牛顿型流体和非牛顿型流体之分(见粘性流体流动)。对微团尺度上的涡流动量传递,剪切应力与剪切应变率的关系不仅因流体性质而异,而且与流动空间的几何形状和尺寸以及边界表面状况和流动速度等有关。

剪切应力剪切应变率的关系,常被运用于以牛顿第二定律为基础的运动方程之中,借以求解速度分布流动阻力

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