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克努森数的物理意义(流体力学三个主要力学模型)

时间:2023-05-05 01:38:30 阅读:82581 作者:1367

资料来源: AutoAero

作者:刘涛

无量纲量具有数值的特性,可以通过两个维度除以相同的物理量而得到,也可以通过几个维度用不同的物理量进行乘除的组合而得到。 在科学研究中,无量纲数对理论求解、实验研究和数值计算具有指导意义。 这里整理了常用的无量纲数。

01

雷诺数(Re )为

自然界的流体流动有两种流动状态。 在低速下,是规则有序的层流; 流速增大时,流动状态逐渐转变为杂乱的湍流。 雷诺数是通过惯性力和粘性力的比值发生反应,判断流场是处于湍流还是层流的值。

其中,l是一个特征长度,其选择基于具体的研究问题,也取决于科研人员的主观选择。 是运动粘度。 雷诺数小时,粘性力对流场的影响大于惯性,粘性力衰减流场流速扰动,流体流动稳定,形成层流; 相反,雷诺数较大时,惯性对流场的影响大于粘性力,流体流动不稳定,流速稍有变化,易增强,形成扰动不规则的湍流场。

02

努塞尔数(Nu ) )。

命名德国物理学家Wilhelm Nusselt,纪念其为这方面研究的突破做出的贡献。 在流体边界(表面)的热传递中,努塞尔数)是跨界对流热和传导热的比率。 在传热实验和CFD计算中,Nu数是反映对流换热能力的重要无量纲数。

其中,h是流体的对流传热系数,l是传热面的几何学特征长度,是流体的热传导系数。

03

种植机数量(Pr ) )。

种植体数是流体中能量和动量迁移过程相互影响的无量纲组合数,表明了温度边界层和流动边界层的关系,反映了流体的物理性质对对流传热过程的影响,表示如下:

这里,是运动粘度,是热扩散系数,是运动粘度,cp是定压比热,是热传导系数。 从热物性的观点来看,如果知道运动粘度、热传导率和定压比热中的任意2个参数,就可以从种植体数中得到第3个。

04

马赫数(毫安)。

这是一个表示流体力学中流体可压缩性的重要无量纲参数,表示为Ma,定义为流场某点的速度v与该点的当地声速c之比,以奥地利科学家jjdxlz的姓氏命名。

由定义可知,马赫数是表示声速倍数的数,是马赫数1即声速的倍。 马赫数小于1的为亚音速,几乎等于1的超过音速,大于1的为超声波速度。

05

毕渥数(Bi ) )。

表示固体内部单位热传导面积的导热电阻与单位面积的换热热阻,即外部热阻之比,如下所示。

式中,为特征长度,h为表面导热系数,为导热系数。

其物理意义被认为是Bi的大小反映了瞬态热传导条件下物体内温度场的分布规律,或者是固体内部导热电阻与界面上换热热阻之比。

努塞尔数公式看起来与毕渥数相同,但两者的含义有本质的不同,Nu数表示壁面上流体的无量纲温度梯度(为流体导热系数),用于对流传热问题的研究; Bi数用于研究热传导问题,是固体内部的热传导阻力与界面处的换热阻力之比。

06

傅里叶数(Fo )

傅里叶数可以表示瞬态热传导速度与热储存速度之比,并被命名为约瑟夫ldlc叶。

傅里叶数=(热扩散率*时间) /厚度的平方,物理意义为两个时间比的无量纲量,分子可以理解为物体表面发生有限大小热扰动的时刻到计算开始时刻的时间长度,分母可以理解为相同的热扰动。 从发生时刻到其影响深度为分母中的厚度时刻的时间长度。

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