能量方程

流体微元的内能增量等于通过热传导进入微元体的热量、微元体中产生的热量及周围流体对微元体所作功之和。
基础资料
  • 中文名:能量方程
  • 外文名:energy equation
  • 简介

    正文

    分析计算热量传递过程的基本方程之一,此方程是对非等温流动系统进行能量衡算所得的数学关系式,即:

    (1)

    式中ρ为密度;

    为内能U对时间τ的随体导数,表述单位体积流体内能的变化率;

    为周围流体以热传导方式输入单位体积流体的热流量;

    为单位体积流体所作的膨胀功率(p为压力、V为体积);φ为单位体积流体于单位时间内由摩擦使机械能变为内能之值;

    为单位时间单位体积流体产生的热量(如反应热)。

    对于不可压缩流体,在无膨胀功、忽略摩擦损耗、无热量产生等条件下,将热传导速率用傅里叶定律表述,则方程式(1)成为:

    (2)

    式中cp为定压比热容(见热化学数据);λ为热导率;T为温度。此式又可写成:

    (3)

    式中α为导温系数,详细写出上式中算子所包含的各项,可得:

    能量方程

    式中

    和

    为速度分量。如果已知流体速度分布,就可对能量方程用解析法或数值法求解,得到温度分布。如果流动速度为零,上式即简化为热传导方程:

    (5)

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