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普兰特数(英语:Prandtl number,缩写: P r {\displaystyle \mathrm {Pr} } ) ,是一个流体力学无因次的标量,以德国力学家路德维希·普朗特(Ludwig Prandtl)的名字命名,表示动黏滞系数和热扩散率的比例,也可以视为动量传输(英语:Momentum transport)及热量传输速率的比例。 目录 1 定义 2 常见物质的Pr 3 参见 4 参考资料 定义普兰特数的定义如下 : P r = ν α = c p μ k {\displaystyle \mathrm {Pr} ={\frac {\nu }{\alpha }}={\frac {c_{p}\mu }{k}}}其中: ν {\displaystyle \nu } : 运动黏滞系数, ν = μ / ρ {\displaystyle \nu =\mu /\rho } , (SI制单位 : m2/s) α {\displaystyle \alpha } : 热扩散率, α = k / ( ρ c p ) {\displaystyle \alpha =k/(\rho c_{p})} , (SI制单位 : m2/s) μ {\displaystyle \mu } : 动力黏滞系数 (SI制单位 : Pa s) k : 热传导系数 (SI制单位 : W/(m K) ) cp : 定压比热 (SI制单位 : J/(kg K) ) ρ {\displaystyle \rho } : 密度雷诺数或格拉斯霍夫数的公式中有包含一个表示长度的变数,而普兰特数 P r {\displaystyle \mathrm {Pr} } 的公式中没有类似的变数,表示 P r {\displaystyle \mathrm {Pr} } 和孔径、长度或特征长度等参数无关,只和流体及其状态有关。在描述物质特性的表中,除了列出黏滞系数及热传导系数外,有时也会列出普兰特数 P r {\displaystyle \mathrm {Pr} } 。 常见物质的Pr以下是一些常见物质的 P r {\displaystyle \mathrm {Pr} } : 空气及气体约 0.7-0.8 惰性气体、氢气或惰性气体的混合物约 0.16-0.7 水大约是 7 地球的地幔约是10×1024 机油范围在 100 到 40,000 之间 R-12冷媒约在 4 到 5 之间 水银约 0.015对水银而言,由于热扩散率远大于动黏滞系数,热量主要会以传导的方式传递,以热传导的方式传播热量会比对流有效。对于机油则恰好相反,动黏滞系数远大于热扩散率,热量主要会以对流的方式传递,以对流的方式传播热量会比热传导有效。 在热量传播的应用中, P r {\displaystyle \mathrm {Pr} } 控制动量边界层及热边界层的相对厚度。Pr小表示热扩散速率会比速度(动量)扩散速率要快。因此液态金属(如水银)的热边界层厚度会比速度边界层大很多。 质量传播也有类似普兰特数的无因次量,称为施密特数 S c {\displaystyle \mathrm {Sc} } 。 参见 施密特数 紊流普兰特数(英语:Turbulent Prandtl number) 磁普兰特数参考资料 工程流体力学, 科技图书公司, 2012 Viscous Fluid Flow, F. M. White, McGraw-Hill, 3rd. Ed, 2006 Effects of Prandtl number and a new instability mode in a plane thermal plume. R. Lakkaraju, M Alam. Journal of Fluid Mechanics, vol. 592, 221-231 (2007)本条目的部分内容翻译自英语维基百科条目Prandtl number并以知识共享-署名-相同方式共享3.0协议授权使用。原文作者列表请参阅其页面历史。 |
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