Общее решение дифференциального уравнения описывает целый класс процессов. Для получения частного решения необходимо задание условий однозначности. Они включают:
1) геометрическую форму и размеры системы,
2) физические свойства участвующих в процессе сред,
3) начальные и граничные условия.
Рассмотрим математическую формулировку этих условий.
1)Форма и размеры аппарата задаются уравнениями одной или нескольких поверхностей: Ф(x,y,z) = 0
2)Физические свойства – плотность и коэффициент переноса: r (ТCi); n(ТCi); D(ТCi); a(ТCi) – для ламинарного режима
Для тубулентного режима течения среды более сложно:
r (ТCi)
nт (ТCi x,y,z),
Dт (ТCi x,y,z),
ат(ТCi x,y,z),
Единственным упрощением для этого случая является близость значений этих коэффициентов в одинаковых условиях: nт~Dт~ат.
3)Начальные условия в пределах Ф(x,y,z) = 0. В начальный момент времени задаются:
W = W (x, y, z, 0),
T = T (x, y, z, 0),
P = P (x, y, z, 0),
Ci = Ci (x, y, z, 0).
Граничные условия предполагают задание значений P, W, T, Ci либо значений потоков r, rЕ¢, rW на границах системы, т.е. на поверхности:
Ф (x,y,z) = 0
Wгр = W (x,y,z,t),
Tгр = T (x,y,z,t),
Ciгр = Ci (x,y,z,t),
Pгр= P (x,y,z,t).
Либо:
гр = t (x,y,z,t),
гр = q (x,y,z,t),
iгр = ji (x,y,z,t).
Поля скорости, давления, температуры и концентраций. Пограничные слои.
Для нахождения поля W, P, T, Ci необходимо решать систему уравнений, представляющую исчерпывающее математическое описание процессов переноса. К сожалению, в общем случае аналитическое решение этих уравнений не представляется возможным. Аналитическое решение возможно только для простейших случаев. Например: неизотермическое течение вязкой несжимаемой жидкости по круглой трубе; поля Т и Сi в неподвижной среде.
Если протекают одновременно процессы переноса массы, импульса и энергии, то меняются физические свойства среды. Это означает, что эти уравнения необходимо решать совместно (так называемые сопряжения задачи). Эти уравнения могут быть решены численно, применяя компьютерные технологии.
Обычно идут по пути упрощения исчерпывающего описания. Как правило, в системе имеется граница раздела фаз, вблизи которых происходит наибольшее изменение искомых величин (пограничный слой).
Пограничным слоем считают области, примыкающие к границе раздела фаз, в которой происходит 99% изменения соответствующего параметра. Вне пограничного слоя – ядро потока.
Упрощение заключается в пренебрежении изменения полей в ядре потока. Имеются различные виды пограничных слоев:
· гидродинамический
· тепловой
· диффузионный.
Поскольку, как правило, толщина пограничного слоя d значительно меньше линейных размнров аппарата, описание может быть упрощено с трехмерного до двух- или одномерного.