动量传递现象

动量传递现象

无名

【摘要】: 物系中存在动量传递现象，它既可由分子的微观运动引起，也可由旋涡混合造成的流体微团的恒观运动引起。由分子运动引起的动量传递可采用牛顿黏性定律描述。

【关键词】：动量 传递 牛顿黏性定律 层流

【正文】 流体具有黏性。表现在流体运动时，由于黏性作用，流体层之间会产生剪切力。流体运动时的黏性作用可用牛顿黏性定律描述。

1、牛顿黏性定律

如图两板平行之间充满静止的不可压缩流体，上板静止，下板以恒定流速u 0 沿x 方向流动，于是紧贴在下板表面上(y=0)的一层流体将跟着平板以速度u 0 一起运动。由于黏性作用，下班表面上已流动的流体便带动其上相邻的一层流体沿x 方向运动，以此类推，两板间的流体将全部沿x 方向流动。

牛顿根据实验结果得到 dy

du x

μ

τ-=

上式可以写成 dy

u d x )(ρν

τ=

时间

面积动量⋅=

⋅⋅=⋅==]/[

]/[

][

][2

2

2

2

s

m s m kg m

s

m kg m

N τ

因此，τ除表示剪应力之外，还代表单位时间通过单位面积的动量，称为动量通量；

体积

动量=

⋅=⋅=]/[

]//[][3

3m

s m kg s m m kg u ρ

乘积x u ρ意为单位体积具有的动量，称为动量浓度，

dy

u d x )(ρ 为动量浓度梯度；

]

[

][][][2

3

s

m kg

m

s

m kg =⋅

⋅==ρ

μν

v 的量纲为/s m 2，其与分子扩散系数的量纲相同，故称v 为动量扩散系数。

动量浓度梯度

动量扩散系数

分子动量通量

⨯=

现以上图所示的两平板间的层流流动讨论动量通量的意义。平板间沿x 方向流动的任何毗邻的两层流体之间，都存在着剪应力τ的作用，这种作用的结果是两层流体之间在y 方向上产生动量传递。究其原因，是由于两层流体的速度不同，其具有的动量也就不同。速度较快的流体层具有较高的动量浓度，而速度较慢的流体层则具有较低的动量梯度。在动量梯度的作用下，流体的动量必自发地由高动量向低动量区转移。

下板面上的流体层的动量最大，因而动量沿y 的正方向依次向上传递直到固定的板面。

2、小结

以上讨论，仅仅适用于规则的层流流动。在湍流流动中，不但存在这种由分子随机运动产生的分子动量传递，而且还存在着大量流体质点脉动引起的所谓涡流动量传递。涡流动量传递的动量要比分子传递的通量大的多，亦即产生更大的流动阻力。

另一方面，当产生边界层分离时，由于逆压作用的结果，流体将发生倒流形成尾涡，在尾涡区，流体质点因强烈碰撞与混合而消耗能量。这种局部产生倒流和尾涡以及压力分布不均所造成的能量损失称为形体阻力或局部阻力。