多发性Cyperopedia.

流体流动，传热和大规模运输

流体流动，传热和质量运输介绍

运输现象的主题描述了以数学关系形式的动量，能量和质量的运输^[1]。这些描述的基础是在保护动量，能量和群众的法律中，与描述保守数量的势次的组成关系^[2]。最准确的表达这些保护法和连续式机械师的本构关系的方式是使用微分方程^[3.]。

解决描述运输现象和解释结果的方程是了解所研究系统的有效方法。该方法成功用于研究许多领域的流体流动，传热和化学物质，包括：

• 工程科学
• 生物学
• 化学
• 环境科学
• 地质学
• 材料科学
• 药物
• 气象
• 物理

动量，能量和大规模运输类比

可以从简单的原则中得出不同运输量（动量，能量和质量）的保护法。以例如，在由向量给出的系统中保存的数量φj=（j_X，J._y，J._Z.）。可以通过使用尺寸δ查看每个小体积元素来获得量φ的平衡X，δy和δ.Z.，磁通量，j，在每单位面积和单位时间的数量中给出。生产或消费项，R._S.，每单位体积和单位时间给出。

基于上图，数量余额的方程如下：

这里，j_X，X.表示助焊剂X- 一个位置X， 和j_{x，x +Δx}是助焊剂矢量X- 一个位置x +Δx。下标，T.和T +ΔT.，请参阅相应时间的状态。这种方程意味着如果没有生产或消费（R._S.= 0），必须通过随时间的量的累积或耗尽来平衡音量元件的净磁通量。此外，如果随着时间的推移没有累积或耗尽，则将磁通量进入体积必须完全平衡体积的磁通量，从而进出体积元件的总通量为零。

将上述等式除以体积，δXδ.yδ.Z.，让δX，δy和δ.Z.每个方法为零，给出了数量φ的以下等式：

让ΔT方法0产生：

为了遵循保护规律，在研究系统中，必须在连续（例如流体或固体）中的每个微小容量元件中满足这种平衡方程。这种部分微分方程 - “部分”，因为它表示为一次沿一个独立变量的变化（x，y，z，和T.是独立的变量） - 能够描述势头，能量和群众的建模和模拟运输现象。

为了保护动量，保守量是载体，而磁通术语以张量形式表示，包括所谓的应力张量。组合动量的守恒，动量助焊剂的组成方程，并守护到不可压缩的牛顿流体的质量产生Navier-Stokes方程。这些等式是流体流动（CFD）的建模的基础，它们的解决方案描述了移动流体中的速度和压力场。如果保守量是能量，则系统中的传热方程可以从上面的节约方程导出。

最后，让我们看一下大众运输。假设我们想研究存在运输和反应的流体的组成。然后，我们可以定义并解决流体中每种物质的质量的保护方程。浓度C_一世每种物种一世是保守的数量，它的助焊剂由N._一世。。使用上面的保护方程为我们提供了以下各种等式：

如果我们还假设助焊剂是由扩散并且Fick的定律定义了助焊剂的本构关系（例如，例如溶剂中的溶质），我们获得了经常用于模拟具有可忽略流体流动的反应系统的扩散反应方程：

在这个方程式中，D._一世表示物种的扩散系数一世在解决方案中。

如果有平流，这意味着整个解决方案的净运输，那么我们得到了经常用于反应系统的运输方程，其中存在流体流动：

在这个方程式中，你表示速度向量。如果有电场E.应用在溶液和离子上，然后我们获得了电化学系统中使用的内部人体方程：

在这个方程式中，Z._一世表示物种的价值一世和你_一世表示物种的移动性一世。流动性与通过内部欧洲爱因斯坦关系的扩散率直接相关。通量向量中的第三个术语称为迁移术语。

在储能的本文关系中存在类比中的类比。例如，来自分子特性的运输特性在动量运输中产生粘性术语，其由牛顿的流体定律给出;传热的传热导电术语，由Fourier的传热定律给出;和大众运输中的扩散术语Fick的扩散法。迁移项与电场平价欧姆定律的线性关系，从金属中电子的运输特性产生。

在气体中，粘度，导热性和扩散性的运输性质来自碰撞，布朗运动和分子相互作用。在液体中，该理论较少，但仍然涉及给定流体的分子动量，能量和质量传递性能。

总之，定义模型方程的原理很简单。这是一个决定保护法律和如何激发通量的关系。它是通过在不同条件下又一次地求解给定系统的这些方程，然后研究结果，从而了解系统中的运输现象。

发布时间：2015年1月14日
最后修改：2018年3月22日