流体流动模型简介
第二章 理想流动与非理想流动1
理想流动与非理想 流动反应器
流体在反应器中的流动情况影响着反应速率、反应选择率， 直接影响反应结果，研究反应器的流动模型是反应器选型、设计 和优化的基础。 流动模型可以抽象出两种极限的情况：一种是完全没有返混 的活塞流反应器；另一种是返混达到极大值的全混流反应器。 实际生产中的多数管式反应器及固定床催化反应器等可作活 塞流反应器处理，多数槽式反应器可作全混流反应器处理。
对活塞流反应器，物料质点是平推着向前流动的，物料质点在反 应器中的逗留时间相同不产生返混。而在全混流反应器中，不同 年龄的质点达到完全混合，有的逗留时间很短，有的却很长，返 混程度最大。 活塞流与全混流是两种理想流型：前者理想置换，没有返混；后 者理想混合，返混最大。而介于两者之间的流型，是非理想流型， 存在着不同程度的返混现象。
2 全混流模型 亦称理想混合模型或连续搅拌槽式反应器模型，如图2-1（c）所 示，是一种返混程度为无穷大的理想化流动模型。
全混流假定反应物料以稳定流率流入反应器，在反应器中，刚进 入反应器的新鲜物料与存留在器内的物料在瞬间达到完全混合。 反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的，等于反应器出口 处的物料性质，即反应器内物料温度、浓度均匀，与出口处物料 温度、浓度相等。而物料质点在反应器中的逗留时间参差不齐， 有的很短，有的很长，形成一个逗留时间分布。 搅拌十分强烈的连续搅拌槽式反应器中的流体流动可视为全混流。
（2）热量衡算 热量衡算以能量守恒与转化定律为基础，在计算反应速率时必须 考虑反应物系的温度，通过热量衡算可以计算反应器中温度的变 化。与物料衡算相仿，对反应器或其一微元体积进行反应物料的 热量衡算，基本式为 （带入的热焓）＝（流出的热焓）十（反应热）十（热量的 累积）十（传向环境的热量） （2-2） 式中反应热项，放热反应时为负值，吸热反应时为正值。
流体的管道湍流和湍流模型
流体的管道湍流和湍流模型湍流是流体在管道内传输时，由于流速、压力等因素产生的不稳定的流动状态。
管道湍流是一种复杂而普遍存在的现象，其研究对于理解流体运动、设计高效的管道系统和优化工程流动具有重要意义。
为了描述管道湍流的特性和行为，研究者发展了各种湍流模型，以便更好地预测和模拟湍流流动。
一、湍流的基本概念和特点湍流流动是指在管道内，流体的速度和压力场具有随机和不规则的变化。
相对于层流流动，湍流流动更加复杂和混乱，包含了许多各向异性的小尺度运动。
湍流流动具有下面几个特点：1. 不规则性：湍流流动的速度和压力场随时间和空间呈现随机的变化和涨落。
湍流是无序的，没有周期性和规律性。
2. 涡旋结构：湍流流动中涡旋是一种重要的结构，涡旋的尺度从大到小层层叠加，形成了复杂的流动结构。
涡旋之间的交互作用导致能量的耗散和转换。
3. 能量耗散：湍流流动存在能量的耗散过程，即流体的机械能逐渐转化为热能，在湍流中能量的转换和传递非常复杂。
4. 湍流相关性：湍流流动中存在湍流之间的相关性，即涡旋的大小和位置受到前一时刻的涡旋的影响，湍流的相关性是湍流模拟和预测的重要考虑因素之一。
二、湍流模型的分类和应用湍流模型是研究湍流流动的重要工具，通过将湍流流动数学化和离散化，模型能够预测湍流流动的平均特性和涡旋结构。
根据不同的应用场景和研究目的，湍流模型可以分为两类：经验湍流模型和基于物理原理的湍流模型。
1. 经验湍流模型：经验湍流模型是基于大量实验数据和统计学方法发展起来的模型，它们通过观测湍流流动的平均特性和涡旋结构，提出了各种统计量和关联式。
经验湍流模型具有简单、高效的特点，适用于工程实践中的湍流模拟和预测。
2. 基于物理原理的湍流模型：基于物理原理的湍流模型是通过对湍流流动的基本方程进行数学建模和求解，利用雷诺平均的动量方程和湍流能量方程描述湍流流动。
这类模型通常需要更复杂的计算和较长的运行时间，适用于对湍流流动进行细致分析和深入研究。
CFD仿真模拟技术和模型介绍flunet模拟仿真计算流体力学
CFD仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用
随着计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）的不断发展，仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用越来越广泛。
CFD是一种使用数值方法对流体流动进行模拟的计算技术，它可以预测流体动力学行为，为工程设计和优化提供重要依据。
本文将介绍CFD仿真模拟的基本原理、方法和应用实例。
一、CFD仿真模拟的基本原理
CFD仿真是通过计算机模拟流体流动的过程，它基于流体力学基本控制方程，如Navier-Stokes方程、传热方程等，通过数值计算得到流场的分布、变化和相互作用等细节。
CFD仿真是一种基于计算机的技术，因此它具有高效、灵活、可重复性高等优点。
二、CFD仿真模拟的方法
CFD仿真模拟的方法可以分为直接数值模拟（DNS）和基于模型的模拟（MBM）两种。
1.直接数值模拟（DNS）
DNS是通过直接求解流体控制方程的方法进行模拟。
它能够准确地模拟流体的运动规律，但计算量大，需要高性能计算机支持，且对计算资源和时间的要求较高。
通常，DNS用于研究简单流动现象或作为参考模型。
2.基于模型的模拟（MBM）。
fluent单相流模型
fluent单相流模型
在流体动力学中，"fluent" 是一种流体模拟软件，其单相流模型用于模拟只包含一个流体的流动行为。
单相流模型假设整个流体的性质是均匀且一致的，没有分层或分离现象。
这意味着流体的密度、动力粘度和热传导性能在整个体积内都是恒定的。
在fluent中，单相流模型基于Navier-Stokes方程和质量、动量、能量守恒方程，通过求解这些方程来描述流体的运动和可压缩性。
该模型考虑了流体的惯性、黏性和压力力学，可以模拟各种流动情况，包括管道流动、湍流流动、自由表面流动等。
通过fluent的单相流模型，可以计算流体内部的速度场、压力场、温度场等物理量的分布情况。
这对于研究或设计流体系统中的流体力学问题非常有用，例如飞行器气动特性分析、流体传热分析、管道网络优化等。
需要注意的是，单相流模型只适用于单一流体的情况。
如果涉及多个不可混合的流体或流体与固体相互作用的情况，就需要采用多相流模型，如双流体模型、VOF模型等。
这些模型可以更精确地描述不同相之间的界面和相互作用。
流动镶嵌模型的基本内容
流动镶嵌模型的基本内容
流动镶嵌模型是描述流体动力学问题的一种数学模型，它基于
流体的守恒方程和流体的运动规律，通过数学方法对流体的运动进
行描述和分析。
在流动镶嵌模型中，流体被看作是由许多微小的流
体微团组成的，每一个微团都有着自己的速度、密度和压力等属性。
通过对这些微团的运动状态进行描述，可以得到整个流体的运动规律。
流动镶嵌模型的特点之一是可以描述复杂的流体运动情况。
无
论是在自然界中的河流湍急、海浪汹涌，还是工程中的管道流体运动，流动镶嵌模型都可以对其进行有效描述。
另外，流动镶嵌模型
还可以考虑流体的非定常性、非均匀性和粘性等因素，使得模型更
加贴近实际情况。
流动镶嵌模型在工程和科学领域有着广泛的应用。
在航空航天
领域，流动镶嵌模型可以用来研究飞机在空气中的飞行状态，对飞
机的气动性能进行分析和优化。
在环境工程领域，流动镶嵌模型可
以用来模拟湖泊和河流中的水流情况，对水资源的合理利用和环境
保护起着重要作用。
在石油工程领域，流动镶嵌模型可以用来研究
油藏中的油水流动规律，指导油田的开发和生产。
除了以上提到的应用领域外，流动镶嵌模型还在许多其他领域有着重要的应用，如地质工程、生物医学工程等。
可以说，流动镶嵌模型在工程和科学领域中有着广泛的应用前景。
总的来说，流动镶嵌模型是描述流体动力学问题的一种重要数学模型，它具有描述复杂流体运动情况、考虑流体非定常性和非均匀性、在工程和科学领域有着广泛应用等特点。
通过对流动镶嵌模型的研究和应用，我们可以更好地理解和掌握流体的运动规律，为工程和科学领域的发展和进步提供重要支持。
10__第二章_反应器内流体流动与混合--非理想流动__297-2003(0)
间，调节釜数N就可以在全混釜与平推流反应
器之间确定某一种性能状态。
非理想连续流动的返混程度介于两种流动之间。
多釜串联模型把一个非理想流动的实际反
应器等价为N 个体积相同的全混釜串联反 应器，每个釜内达到完全混合，釜间没有
返混。
实际非理想流动反应器的停留时间分布等
价为釜数为 N 的串联全混釜的停留时间分
应器的管径较小、较长，物料在其中的流
速较快时，返混程度很小，此时可近似按
平推流进行分析与设计。
平推流反应器中所有物料质点的停留时间
都相同，且等于整个物料的平均停留时间。
采用脉冲示踪法测定平推流的停留时间分
布密度函数 E(t)
C(t)
C0 E(t)
t=0
t=0 t=0
t t tt
激励曲线
S
C 2 (t )
1
S
C1 (t )
1
S
(1 e
t
S
)
此一阶常微分方程可用积分因子法求解。
C 2 (t ) 1 e F2 (t ) C 2 (t ) C0
t
S
(1
t
S
t
) (1 t
C 2 (t ) 1 e
S
S
)
对第三釜作物料衡算，可得：
同样的停留时间分布可以是不同的返混造 成的。 不能直接用测定的停留时间分布来描述返 混的程度，必须借助于模型方法。
数学模型方法
分析器内复杂的实际流动状况，进行
合理的简化，通过数学方法来表述或关联 返混与停留时间分布的定量关系，然后再 进行求解。
建立流动模型的基本思想： 根据实测的停留时间分布，假设一种流动 状态，令这种流动状态下的停留时间分布 与实测结果一致，并根据假设的流动状态 的模型参数，结合在其中进行反应的特征
fluent 欧拉模型 系数
fluent 欧拉模型系数Fluent 欧拉模型系数是用于描述流体流动的一种数学模型。
它是根据欧拉方程（Euler equation）和连续性方程（continuity equation）得出的一组方程，用于计算流体力学问题中的速度、压力和密度等物理参数。
本文将详细介绍Fluent 欧拉模型系数的概念和应用。
让我们来了解一下Fluent 欧拉模型系数的基本概念。
Fluent 欧拉模型系数包括速度系数（Velocity Coefficient）、压力系数（Pressure Coefficient）和密度系数（Density Coefficient）。
速度系数描述了流体流动的速度分布情况，压力系数描述了流体流动的压力分布情况，密度系数描述了流体流动的密度分布情况。
这些系数是通过在流体流动区域内采样并进行数值计算得出的。
在Fluent 欧拉模型中，速度系数是一种无量纲量，表示流体速度与入口速度之比。
速度系数的数值范围通常在0到1之间，其中0表示无速度流动，1表示最大速度流动。
通过测量速度系数的分布，可以了解流体在不同位置的流动状况，以及流动是否存在异常或分离现象。
压力系数是描述流体流动中压力分布的重要参数。
压力系数的定义为流体表面上的压力与入口处的总压之差与入口处总压之比。
压力系数的数值范围通常在-1到1之间，其中-1表示最大负压力，1表示最大正压力。
通过测量压力系数的分布，可以了解流体在不同位置的压力变化情况，以及是否存在压力梯度或压力差异。
密度系数是描述流体流动中密度分布的参数。
密度系数的定义为流体流动区域内的实际密度与入口处的实际密度之差与入口处实际密度之比。
密度系数的数值范围通常在-1到1之间，其中-1表示最大负密度，1表示最大正密度。
通过测量密度系数的分布，可以了解流体在不同位置的密度变化情况，以及是否存在密度梯度或密度差异。
Fluent 欧拉模型系数的应用非常广泛。
在工程领域中，它被广泛用于模拟和分析各种流体流动问题。
停留时间分布与反应器的流动模型讲义
停留时间分布与反应器的流动模型讲义停留时间分布（RTD）是描述流体在反应器内停留时间的分布情况。
它对于理解反应器的性能和效率至关重要。
通过分析停留时间分布，可以评估反应过程中各种反应物的浓度分布，从而优化反应器设计和操作。
在反应器中，流体进入并通过反应器。
然而，由于流体的动力学特性和反应器的几何形状，不同流体分子停留在反应器中的时间是不一样的。
停留时间分布图描述了流动物质的停留时间的概率分布。
停留时间分布可以通过数学模型来描述。
最常用的数学模型是以连续搅拌反应器（CSTR）为基础的模型。
CSTR是一种理想化的反应器类型，其中反应物在反应器中均匀分布，并以恒定的速率混合。
CSTR模型假设反应物的停留时间服从完美的指数分布。
另一个常用的模型是斑点流动模型（PFR）。
在PFR中，流体在反应器中形成了一系列的“斑点”，每个斑点代表一个流体分子，它们按照一定的速率顺序通过反应器。
PFR模型假设反应物的停留时间服从完美的单谷型分布。
PFR模型更适用于流体通过小直径管道或多孔介质的情况。
反应器的流动模型是利用数学模型描述反应物在反应器内的运动和行为，从而揭示反应过程中的动力学特性。
通过结合停留时间分布和流动模型，可以研究反应器中的物质传递、反应速率、混合程度等重要参数。
总结一下，停留时间分布和反应器的流动模型对于理解反应器的性能和优化设计非常重要。
它们可以帮助我们预测和改进反应过程中的各种流体动力学参数，从而提高反应器的效率和产量。
停留时间分布（RTD）与反应器的流动模型在化学工程领域具有广泛的应用。
通过分析停留时间分布和建立合适的流动模型，可以有效地揭示反应器内复杂流动与反应过程之间的关系，优化反应器设计和流程操作。
首先，停留时间分布是评估反应器性能的一个重要指标。
它反映了反应物在反应器内停留的时间分布情况。
对于快速反应，需要较短的停留时间，而对于缓慢反应，则需要较长的停留时间。
停留时间分布可以通过实验测量或数值模拟来获得。
工程流体力学中的湍流模型比较与分析
工程流体力学中的湍流模型比较与分析引言：湍流是流体力学中一种复杂的流动现象，它广泛存在于自然界和工程应用中。
研究和模拟湍流流动是工程流体力学中的一个重要课题。
湍流模型是用来描述湍流流动的数学模型，对于工程实践中的湍流模拟有着重要的影响。
本文将比较和分析几种常用的湍流模型，包括雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）模型、大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）。
1. 雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）模型雷诺平均Navier-Stokes方程是湍流模拟中最常用的模型之一。
它基于雷诺平均的假设，将流动场分解为平均流动和湍流脉动两部分。
RANS模型通过求解平均流动方程和湍流脉动方程来描述流场的平均状态和湍流效应。
经典的RANS模型包括k-ε模型和k-ω模型，它们通过引入湍流能量和正应力来描述湍流的传输和衰减。
2. 大涡模拟（LES）大涡模拟是一种介于RANS模型和DNS模型之间的模型。
在LES模拟中，较大的湍流涡旋被直接模拟，而较小的涡旋则通过子网格模型（subgrid model）来描述。
LES模型可以较好地模拟湍流的空间变化特性，对于流动中的尺度较大的湍流结构有着较好的描述能力。
然而，由于需要模拟较小的湍流结构，LES模拟通常需要更高的计算资源和更复杂的数值算法。
3. 直接数值模拟（DNS）直接数值模拟是一种最为精确的湍流模拟方法，它通过直接求解包含所有空间和时间尺度的Navier-Stokes方程来模拟湍流流动。
DNS模拟可以精确地捕捉湍流流动中的所有涡旋和尺度结构，提供最为详细的湍流统计信息。
然而，由于湍流流动具有广泛的空间和时间尺度，DNS模拟通常需要巨大的计算资源和较长的计算时间。
4. 模型比较与选择在实际工程应用中，选择合适的湍流模型需要综合考虑计算资源、计算效率和模拟精度。
如果在工程实践中仅关注流场的整体特征和平均效应，RANS模型是一种简便且有效的选择，尤其是k-ε模型和k-ω模型在工程应用中得到了广泛的应用。
流变模型
外力去除链段热运动回复
43
高分子流体的黏弹行为
时间足够长（松弛过程能充分完成）
使不稳定态
成为稳定态
应力松弛
44
高分子流体的黏弹行为
45
高分子流体的黏弹行为
线性粘弹性的定义Bolzmann叠加原理
正比性 应变与应力成正比
46
高分子流体的黏弹行为
加和性
正比性 + 加和性 =
47
高分子流体的黏弹行为
第三章 高分子流体的流变模型
3.1 牛顿流体模型 3.2 广义牛顿流体 3.3 幂律流体模型 3.4 宾汉塑性流体模型 3.5 触变性流体 3.6 震凝型流体 3.7 黏弹性流体
1
牛顿流体模型
牛顿流体的稳态剪切流动
线性黏性理论认为，要保持稳定的流动，所需剪切应力与剪切速率成正比， 即牛顿定律：
黏度的一般表达式：
SR 越小，法向应力差越小， 流体弹性越不明显；
SR << 1时，可当作黏性流体处理
30
弹性参数
3、Weissenberg Number 魏森贝格数 WS
4、Deborah Number 得博拉数 De
31
黏弹性模型
线性粘弹性
理想粘性体 理想弹性体
❖ 理想弹性体
服从虎克定律
❖ 理想粘性体
服从牛顿定律
11
幂律流体模型
右图：从曲线上任一点引斜率
为1的直线与
的
直相线交得：
表观粘度
a
s &
第一牛顿区
假塑区
第二牛顿区
假塑区
无穷剪切速率黏度
零切黏度
12
幂律流体模型
13
幂律流体模型
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内摩擦定理，当流体的粘度系数足够小，而且流 体流动的速度梯度不太大的情况下，剪切应力比 较小，这样的流动可以忽略剪切应力，而把流体 看作是理想流体，或无粘性流体。在理想流体模 型中，流体微团不承受粘性力的作用。1.5.2 不 可压缩流动模型由前可知，流体的压缩性可表述
我爸爸讲谁谁谁都不看书，成绩还很好“可是，可是”我似乎不知道说些什么
为：在外力作用下流体的体积或密度变化而引起 流体压强变化的性质。实际流体都有可压缩的性 质，相对来说，气体的可压缩性比较大，而液体 的可压缩性比较小。在解决实际问题中，为了简 化，有时将流体的密度近似看为不变的，即密度 相对变化量化很小，所以常 常将液体视为不可压缩的，但在一定特殊问题 中，如水下、液体管路动态特性问题，又必须考 虑液体的可压缩性。对于气体来讲，一般情况下 都不能忽略气体的压缩性影响，只能当流体流动 速度较小，因而引起较小的情况下，才可以把这
我爸爸讲谁谁谁都不看书，成绩还很好“可是，可是”我似乎不知道说些什么
我爸爸讲谁谁谁都不看书，成绩还很好“可是，可是”我似乎不知道说些什么
程中，不存在机械能耗散的绝热流动，称其为可 逆的绝热流动，即等熵流动。对存在机械能耗散 的绝热流动称为不可逆绝热流动。
1c03f1cd1 ebet /
样的低速流动看作是不可压缩的。对于一般气体 流动问题，流速与当地声速之比时，认为流动是 不可压缩的，否则就是可压缩的。1.5.3 绝热流 动与等熵流动模型在工程热力学中，曾经定义等 熵过程，即可逆的绝热过程为等熵过程。在许多 流动中都伴随有传热的现象，热量的来源可以是
该部分流体与其外界之间的热交换（如在燃烧室 中的加热，在管道流动中，通过壁面的传热等）， 也可以是流体内部，由可物理与化学作用而产生 的。如化学反应（化学能转化为热能）。如果没 有这类热量的输入或生成，且流体内部的导热系 数近似为零的流体称为绝热流体。如果在流动过