格拉曉夫數(Gr)是流體動力學和熱傳遞中的無量綱數,其近似於作用在流體上的浮力與粘性力的比率。 在研究涉及自然對流的情況下經常出現,類似於雷諾數。 它被認為是以弗朗茨·格拉斯霍夫(Franz Grashof)命名的。 雖然這個術語組合已經被使用,但直到1921年,Franz Grashof去世後的28年,才被命名。
基本介紹
- 中文名:格拉曉夫數
- 外文名:Grashof number
- 別稱:升浮力數、格拉霍夫準數
- 縮寫:Gr
- 反映:自然對流程度的特徵數
- 表達式:Gr=gα△tl3/v2
簡介,推導,能量方程,白金漢姆定理,
簡介
格拉曉夫數(Gr)是流體動力學和熱傳遞中的無量綱數,其近似於作用在流體上的浮力與粘性力的比率。 在研究涉及自然對流的情況下經常出現,類似於雷諾數。 它被認為是以弗朗茨·格拉斯霍夫(Franz Grashof)命名的。 雖然這個術語組合已經被使用,但直到1921年,Franz Grashof去世後的28年,才被命名。 格拉曉夫數(又稱升浮力數或格拉霍夫準數)。
其公式為:![](/img/1/0df/8633e5a4d743fb9ba7f1aca1a45b.jpg)
![](/img/1/0df/8633e5a4d743fb9ba7f1aca1a45b.jpg)
其中是
體積變化係數,對於理想氣體即等於絕對溫度的倒數,g是重力加速度,L是特徵尺度,Δt為溫差,分母是運動黏度的平方。
![](/img/3/693/6143e03a8fba487617de74148351.jpg)
推導
推導格拉曉夫數的第一步是對體積展開係數進行如下操作:
![](/img/9/7d7/ae5be892a960317c5cf73ae9f454.jpg)
![](/img/1/c9a/33450ae86d166f9d7f7abcfbf803.jpg)
![](/img/c/e7c/333de4f461b3a7bee32c9ff318a9.jpg)
![](/img/4/e89/94b0d05092678dd283330b9c150c.jpg)
其中,
是體積流體密度;
是邊界層密度。
![](/img/1/faa/c9bb963d28713d3c318e3f77a993.jpg)
![](/img/3/73a/b08cb38762b2abcb8bf4a2f325aa.jpg)
![](/img/f/285/e2cf802c0b3dffcee5253c00ebc5.jpg)
從這裡可以找到格拉曉夫數的兩種不同的方式。 一個涉及能量方程,而另一個包含由於邊界層和體液之間的密度差而引起的浮力。
能量方程
涉及能量方程的這個討論是關於旋轉對稱流動的。 該分析將考慮重力加速度對流動和熱傳遞的影響。 要遵循的數學方程既適用於旋轉對稱流動又適用於二維平面流動。
![](/img/8/269/a46b2f2a1ad662e6c180457c7ad9.jpg)
s是旋轉方向,即平行於表面的方向
u是切向速度,即平行於表面的速度
y是平面方向,即垂直於表面的方向
v是正常速度,即垂直於表面的速度
![](/img/9/3e4/706702da566592ba88cc5d3c52c5.jpg)
在該方程中,上標n是區分來自平面流的旋轉對稱流。 這個方程的以下特徵成立。
n = 1:旋轉對稱流
n = 0:平面,二維流
g是重力加速度
隨著物理流體性質的增加,該方程式擴展到以下內容:
![](/img/1/1ed/5394f3b82a00575ace8d0e77287c.jpg)
![](/img/2/739/37930fa5132d19ffdf4335bf1659.jpg)
![](/img/8/975/c96ba29ee2b9c9d4e0b3a71c3965.jpg)
動量方程的進一步簡化來自於體積膨脹係數,密度關係
和運動粘度關係
,進入動量方程。
![](/img/4/b9e/cf707d947addbd38ac1d60f0c9e5.jpg)
![](/img/a/571/c7e8d1cd2da2d33d78a3f6b5845e.jpg)
![](/img/9/3f8/1e5dd398a9faabce9d9afe0d9108.jpg)
![](/img/c/20c/2950a033a5b5d2f0c20858cea408.jpg)
![](/img/2/31a/6355d263715b7f575a40ad47f542.jpg)
![](/img/f/510/79ec358b6d4e7482ef66e66bd375.jpg)
![](/img/9/4c6/c2b74cd9bfbab00a4adcb12763d9.jpg)
![](/img/7/2e2/fd2fc13745c2f40b755ea6aad02d.jpg)
![](/img/1/f51/faf62d5b0aee5be6e96b333d0b12.jpg)
![](/img/3/c89/7e25008a1b806d7c0a2f7c5228d8.jpg)
![](/img/2/d5f/0e51c57b76624a4612e3ede323a2.jpg)
![](/img/4/474/076e3adbfd5e987a5ed5b0732ec2.jpg)
![](/img/7/613/62cfb13f899e801d75c2307d7f49.jpg)
其中,
是表面溫度
是體積流體溫度
![](/img/5/69f/1a39abc5a78ff4520747d351d367.jpg)
上述方程中括弧中的無量綱參數稱為格拉曉夫數:
![](/img/6/b09/229430d5484632104497290b816f.jpg)
白金漢姆定理
將導致格拉曉夫數的另一種形式的維度分析稱為白金漢姆定理。由於邊界層和體積流體中的密度差異,該方法考慮了每單位體積的浮力力
。
![](/img/7/c31/d67b451b2e964ca5453d380588b7.jpg)
![](/img/0/72c/6c80eaf212df299f8e36de2053ec.jpg)
![](/img/c/92a/f77ca933f2e244a2e749c2a2b090.jpg)
![](/img/4/2ab/505de64712f71fcb48b78ab7f449.jpg)
![](/img/1/b8f/059e76596e7cc7f930a417578043.jpg)
![](/img/2/800/c5ca4e026665ad477b79596c5adc.jpg)
![](/img/f/fee/76ed5248789587d541ce41a687ba.jpg)
![](/img/c/810/1ba4082781512391af28edbb3844.jpg)
![](/img/c/ada/c18cfd92e8e146e3501baab1d2a6.jpg)
通過
和
,我們得到格拉曉夫數:
![](/img/d/ebb/713a3c664a538533bbd87f11a673.jpg)
![](/img/5/b00/f67288e9c0f18589ba685191c28b.jpg)
![](/img/6/96a/9cb316a064ed951db1a9a676caa9.jpg)