动量传输

《冶金传输原理》复习提纲Ⅰ、基本概念一、动量传输1、流体；连续介质模型；流体模型；动力粘度、运动粘度、恩式粘度；压缩性、膨胀性2、表面力、质量力；静压力特性；压强（相对压强、绝对压强、真空度）；等压面3、Lagrange 法、Euler法，迹线、流线4、稳定流、非稳定流，急变流、缓变流，均匀流、非均匀流5、运动要素：流速、流量，水力要素：过流断面、湿周、水力半径、当量直径6、动压、静压、位压；速度能头、位置能头、测压管能头、总能头；动能、动量修正系数7、层流、湍流；自然对流、强制对流8、沿程阻力、局部阻力；沿程损失、局部损失9、速度场；速度梯度；速度边界层二、热量传输1、温度场、温度梯度、温度边界层；热流量、热流密度2、导热、对流、辐射3、导热系数、对流换热系数、辐射换热系数、热量传输系数4、相似准数Fo、Bi、Re、Gr、Pr、Nu5、黑体、白体、透热体；灰体；吸收率、反射率、透过率、黑度6、单色辐射力、全辐射力、方位辐射力；角系数；有效辐射；表面网络热阻、空间网络热阻7、解析法、数值分析法、有限差分法、集总参数法、网络元法三、质量传输1、质量传输；扩散传质、对流传质、相间传质2、浓度、速度、传质通量；浓度场、浓度梯度、浓度边界层3、扩散系数、对流传质系数4、Ar、Sc、Sh准数Ⅱ、基本理论与定律一、动量传输1、Newton粘性定律2、N-S方程3、连续方程、能量方程、动量方程、静力学基本方程二、热量传输1、F-K方程2、Fourier定律3、Newton冷却（加热）公式4、Planck定律、Wien定律、Stefen-Boltzman定律、Kirchhoff定律、Beer定律、余弦定律5、相似原理及其应用三、质量传输1、传质微分方程、Fick第一、二定律2、薄膜理论、双膜理论、渗透理论、更新理论Ⅲ、基本理论与定律在工程中的应用一、动量传输1、连通容器2、连续方程、能量方程、动量方程的应用、烟囱计算3、流体阻力损失计算二、热量传输1、平壁、圆筒壁导热计算2、相似原理在对流换热中的应用3、网络单元法在表面辐射换热中的应用4、通过炉墙的综合传热、火焰炉炉膛热交换、换热器5、不稳态温度场计算：解析法；有限差分法三、质量传输1、平壁、圆筒壁扩散计算2、相似原理在对流传质中的应用3、炭粒、油粒的燃烧过程4、相间传质（气—固、气—液、多孔材料）Ⅳ、主要参考题型一、填空1、当体系中存在着（、、）时，则发生动量、热量和质量传输，既可由分子（原子、粒子）的微观运动引起，也可以由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。

1.传输过程是动量传输、热量传输、质量传输过程的总称。

2.动量传输垂直于流体流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。

3.热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移。

4.质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移5.流体：能够流动的物质（一般指气体或液体）质点间联系很小且在空间位置易改变的物体6.流体的力学性质：（a ）不能传递拉力（b ）可承受压力能够传递压力和切力，并且在压力切力下出现流动（c ）流体流动时，流速不同的相邻质点间出现位移，导致产生内摩擦力，静止流体没有内摩擦力7.连续介质模型：流体微元——具有流体宏观特性的最小体积的流体团。

（1）流体的分子间是有间隙的，流体的物理量是不连续的（2）假设流体质点之间没有空隙，却把流体看成占有一定空间的无限多个流体微团（质点）组成的密集无间隙的连续介质（3）反映宏观流体的物理量也是空间坐标的连续函数8.粘性力AF =±=dy dv x yx ητ（与压力无关）η动力粘度系数（Pa ·s=2m N ·s ） 9.运动粘度系数：ρην=（s m 2） 10.牛顿粘性定律：流体在流动过程中流体层间所产生的剪应力与法向速度梯度成正比，与压力无关。

流体的这一规律与固体表面的摩擦力规律不同。

（书）：11.理想流体是一种理想化的模型，无摩擦力，没有粘滞性，不可压缩的流体12.牛顿流体：剪应力（粘滞性）与速度梯度关系完全符合牛顿粘性定律的流体。

也就是说，服从牛顿内摩擦定律的流体所有气体和多数液体都属于这一类。

13.层流：液体沿管轴方向流动时，流体之间或流体层与层之间彼此不相互混合，都是平行地移动的。

质点设有径向流动14.紊流：管中流速再稍增加，或有其他外部干扰振动，则有色液体将破裂混杂成为一种紊乱状态。

流动中水的质点运动以变得杂乱无章，各层水相互干扰，这种流动形态称为紊流。

（由惯性力决定）15.雷诺指数：粘性力惯性力===υηρvdd ve R16.压力水头：g ρP 是压力所做的功17.位置水头：z 是流体质点距离某基准面的高度，代表势能18.静水头：z g +ρP 是单位重量流体的总势能19.静压力计算公式：gh a ρ+=P P 。

动量传输的基本⽅程与应⽤动量传输的基本⽅程与应⽤提要：以动量传输理论为基础, 将流体的动量传输分为黏性传输与紊流传输, 并对运动流体进⾏动量传输规律的研究, 得到了⼀系列动量传输的基本⽅程, 并简要介绍了其应⽤.关键词：动量, 传输, 拈性, 紊流, 应⽤1 前⾔传输现象为流体动⼒、传热及传质过程的统称, 也称传输理论, 它是⾃然界和⼯程技术中普遍存在的现象, 在传输过程中所传递的物质量⼀般为质量、能量和动量等.. 动量传输流体流动即动量传输现象是⾃然界及⼯程技术中普遍存在的现象，与⼤多数⾦属的提取和精炼过程有着密切的联系：冶⾦中的化学反应，往往也同时伴随着热量的传输和质量的传输，⽽这些现象都是在物质的流动过程中发⽜的，也就是说，传热与传质过程与流体流动特性密切相关。

例如，冶⾦中⾼温炉的供风与⽔冷装置，炉内⽓体流动规律、贮槽中液位⾼度的确定、烟道中烟⽓的流动阻⼒及烟道设计、管路的设汁计算、流态化反应器床层阻⼒的计算等等，都与流体的流动有关；⽽流体流动过程中流速的变化即反映动墩的变化，因此，研究流体流动及动址传输，掌握其有关规律性，对冶⾦设备的设计勺改进以及冶⾦过程的优化与控制具有重要意义。

动量传输是研究流体在外界作⽤下运动规律的科学，即流体⼒学，它的研究对象是流体(即液体和⽓体)。

之所以称之为动量传输．是因为从传输的观点来看，它与热量传输和质量传输在传输的机理、过程、物理数学模型等⽅⾯具有类⽐性和统⼀性。

⽤动量传输的观点讨论流体的流动问题，不仅有利于传输理论的和谐，⽽且可以揭⽰三传现象类似的本质与内涵。

动量传输理论属于流体动⼒学范畴, 是以流体在流动条件下的动量传递过程为主要研究对象, 由于物系内部存在速度梯度, 从⽽导致了实际流体内部动量的传输.根据动量传输过程的起因和进⾏的条件, 可把它分为两类: 粘性传输和紊流传输.粘性动量传输是由流体分⼦的微观运动所产⽣的粘性作⽤. 是在流体运动或变形条件下进⾏的, 传输的结果在流体中产⽣切应⼒, 故它⼜称为分⼦传输; 紊流动量传输是宏观流体微团的由旋涡混合造成的紊流混掺运动引起的动量传输, 故⼜称对流动量传输.紊流传输的结果使得在流体中产⽣了雷诺切应⼒. 显然, 对于粘性流体的紊流运动, 在其内部则同时存在着粘性动量传输和紊流动量传输过程.2 动量传输的基本⽅程2.1 动量传输基本⽅程的⼀般形式流体作为⼀类物质的形态, 它必须遵循⾃然界关于物质运动的普遍原理. 现在对运动流体进⾏动量传输规律的研究, 因此它必然要遵循动量守恒原理, 即动量定理.所以动量传输基本⽅程的⼀般形式就是以动量定理为依据并由此⽽针对控制体导出的, 通常称为动量⽅程.2.1.1 积分形式在流场中任取⼀个体积为v , 控制⾯⾯积为A 的控制体. 如图1 所⽰. 则根据动量定理:控制体内流体动量对时间的变化率等于作⽤在控制体上所有外⼒(包括质量⼒和表⾯⼒)的⽮量和, 写成数学表达式为对于定常流动，上式则可改写为：上述两式就是以积分形式表⽰的惯性坐标系中流体动量传输基本⽅程的⼀般形式, 应⽤它可以研究流体与固体之间相互作⽤⼒的间题, 例如测量物型阻⼒, 计算冲击⼒等.2.1.2 微分形式通过对动量守恒的微分运算, 可以进⼀步探讨流动系统内部动量传输规律. 解决传输过程中的机理间题, 从⽽导出流体运动所遵循的基本⽅程.把⽤应⼒张量形式表⽰为. 并根据推⼴的⾼斯定理.( l) 式可改写为运⽤微分理论和连续性⽅程, 则上式⼜可改写为：则其意义更加明确了, 实际上它就是⽜顿第⼆定律在流体⼒学中的具体应⽤.式( 4) 就是以微分形式表⽰的惯性坐标系中流体动量传输基本⽅程的⼀般形式.2.2 粘性流体动量传输基本⽅程对粘性流体进⾏动量守恒的运算, 可以得到其动量传输的基本⽅程, 即纳维—斯托克司⽅程, 它表述了流体流动条件下的动量与作⽤⼒之间的平衡与转换关系.式(4)是以应⼒形式表⽰的动量通量式, 假定流体满⾜粘性动量传输基本定律即⼴义⽜顿内摩擦定律把上式代⼊式( 4 ), 可得⼀般枯性流体动量传输基本⽅程, 即纳维—斯托克司⽅程为它是在动量传输过程中导出⼤量具有实⽤意义结果的基础⽅程.对于不可压缩流体, 式( 6) ⼜可简化为应⽤上述⽅程并根据具体的定解条件使之进⼀步简化后, 可以解决层流、势流、缝隙流、地下⽔渗流、动压润滑等间题, 并且计算结果与实验结果基本吻合.2.3 理想流体动量传输基本⽅程理想流体是指忽略粘性的流体, 虽然实际流体均具有⼀定粘性, 但在处理某些流动问题时, 可以近似视为理想流体.通过对粘性流体动量传输基本⽅程在理想条件下进⾏简化和变换, 可以得到理想流体动量传输基本⽅程.2 .3 1 欧拉运动微分⽅程对于式( 7 ), 因故简化后可得理想流体的动量平衡⽅程. 即欧拉运动微分⽅程它建⽴了作⽤在理想流体上的⼒与加速度之间的关系, 是研究理想流体各种运动规律的基础.如果认为流体正压. 且质量⼒有势. 则运⽤⽮量分析的基本关系可把式( 8) 改写为这便是理想正压流体在有势⼒场作⽤下的运动⽅程, 应⽤它可以求解有关流体动⼒学问题.2 .3 2 柯西—拉格朗⽇积分对于理想流体的欧拉运动微分⽅程, 存在着⼀个初积分. 利甩它可以得到运动的思想流体的压⼒分布规律, 但是不可能在普遍的情况下, ⽽仅能在特殊的条件下求解.本节的柯西—拉格朗⽇积分和下节的伯努利积分便是其中的两个特殊解.对于有势流动, 把式( 9) 再简化可得运动⽅程的柯西—拉格朗⽇积分为应⽤它可以求解某些⾮定常流动问题, 如流管放⽔、⽔下球⾯胀缩运动、管道中液体振动等.2 .3 .3伯努利积分以流线微元点乘式(9 ) 的各项, 并根据⽮量运算法则积分后, 可以得到.如果认为流体作定常流动, 则把上式再简化后即得运动⽅程的伯努利积分为根据不同的条件,P和U 这两个函数有不同的表达形式, 从⽽也可以得到伯努利积分的不同的具体形式, 这些公式统称为伯努利⽅程.如果把沿流线的伯努利⽅程向实际流体总流推⼴的话, 则可以得到实际流体总流的伯努利⽅程, 应⽤它可以研究⼤量的流体内流和出流问题, 并进⾏流动阻⼒和能量损失的计算等.上述诸⽅程在分析理想流体的运动和解决实际间题中具有⼗分重要的作⽤和⼴泛的应⽤.2.4 紊流动盘传输基本⽅程在紊流条件下, 考虑到其动量传输由粘性传输和由于紊流流体质点脉动⽽引起的附加动量传输所组成的, 于是根据紊流动量传输基本定律和粘性流体动量传输基本⽅程, 可得紊流动量传输的基本⽅程, 即雷诺⽅程为对于流体的紊流运动, 我们实际上考虑的是紊流的时均特性.因此, 式( 1 3 ) 中的各物理量均表⽰在紊流运动中所取的时均值, 只是为了⽅便起见, ⽽把表⽰时均参数的符号“⼀”省略掉了.上式在直⾓坐标系中的形式为把式〔1 3 ) 与式( ”⽐较, 可知增加了附加的动量传输即雷诺应⼒项此时⽅程不再封闭, 因此很难⽤简化的或近似的解析⽅法对实际的紊流运动进⾏研究和定量的描述, 因为雷诺应⼒与速度梯度的关系还不甚明了.常⽤的⽅法是对描述紊流流动的动量传输基本⽅程中的雷诺应⼒项. 提出各种半径验的假设作为使之封闭的补充偏微分⽅程. 然后利⽤初始和边界条件求解, 这种⽅法是由雷诺于1 9 7 0年提出的, 称为模式理论.⽽⽬前对于研究紊流动量传输规律常⽤的是普朗特的混合长理论, 实际上也就是O⼀1⽅程模式.根据这⼀理论，雷诺应⼒可表⽰为于是⽆须补充附加的偏微分⽅程就可使雷诺⽅程达到封闭, 尽管该⽅程模式有⼀定的缺点, 但仍能解决⼤量的流体⼒学问题.由于紊流运动的复杂性, 所以研究紊流动量传输的基本⽅程还是有待商讨的, 不过应⽤式( 14 )、( 1 5 ) 对于研究射流、边界层类型等间题还是可⾏的, 并且能得到⼀定程度的近似结⾥.3 结束语动量传输过程所涉及的内容与许多⼯程领域有着密切的联系, 它们不仅在机械、动⼒、化⼯等⼯程技术领域中出现, ⽽且也在⽣物医学⼯程、航空航天⼯程等领域中经常遇到.从上⾯的分析讨论可知, 有相当部分内容已经成功地应⽤于⼯程⽣产实际中.备注：通过⽼师的悉⼼教导，强化加深了同学们对于传输理论的理解，了解了许多有关动量传输，质量传输，热量传输的问题和⽅案。

冶金传输原理三传的定义冶金传输原理三传是指冶金过程中的物质传输现象，包括质量传输、热量传输和动量传输。

这三传在冶金过程中起着重要的作用，它们分别对物质的转化、温度的变化和流体的运动起到调控作用。

下面将对冶金传输原理三传进行详细阐述。

一、质量传输质量传输是指物质从一个区域向另一个区域传输的过程。

在冶金过程中，质量传输通常是指浓度的传输，即溶质在溶液中的传输。

质量传输的原理可以通过扩散和对流两种传输方式来解释。

1. 扩散传输：扩散是因为浓度梯度引起的物质传输。

在扩散传输中，溶质由高浓度区域向低浓度区域移动，直到达到浓度平衡。

扩散的速率与浓度梯度成正比，并与温度、物体类型和扩散介质的性质有关。

2. 对流传输：对流传输是指在流体运动的情况下引起的物质传输。

在冶金过程中，熔体的对流传输比较常见。

对流传输的速率受流体速度、流体密度和粘度的影响。

通过对流传输，溶质可以快速均匀地分布到整个体系中。

质量传输的目的是实现物质的均匀分布和转化。

在冶金过程中，浓度的控制对于保持合金成分的均匀性和获取所需的金属相非常重要。

二、热量传输热量传输是指热量从一个区域向另一个区域的传输过程。

在冶金过程中，热量的传输对于控制温度、加热和冷却过程至关重要。

热量传输的主要方式有三种：传导、对流和辐射。

1. 传导传输：传导传输是通过固体、液体和气体中的分子振动和碰撞来传播热量的过程。

传导的速率取决于导热系数、物质厚度和温度梯度。

通过选择导热性能好的材料或调整材料厚度，可以控制热量的传输速率。

2. 对流传输：对流传输是通过流体的运动来传播热量的过程。

在冶金过程中，通过液态金属的对流传输可以实现热量的快速传输和均匀分布。

对流传输的速率取决于流体速度、密度和粘度。

3. 辐射传输：辐射传输是指通过电磁波辐射的形式传播热量的过程。

辐射传输不需要介质，可以在真空中传输热量。

辐射传输的速率取决于物体表面的发射系数、温度和距离。

热量传输的目的是实现温度的控制和平衡。

力学中的动量转移动量是物体运动的量度，它与物体的质量和速度有关。

在力学中，动量转移是指一个物体的动量向另一个物体转移的过程。

本文将探讨动量转移的基本原理、应用以及其在现实生活中的一些实例。

首先，我们来讨论动量转移的基本原理。

根据牛顿第二定律F=ma，力等于物体质量乘以加速度。

这里的力同时也代表物体受到的冲量，而冲量可以用来描述动量的变化。

根据动量的定义，动量p等于物体的质量m乘以其速度v。

所以，根据冲量的定义FΔt=Δp，我们可以得出动量转移公式Δp=FΔt。

动量转移的一个典型例子是弹球碰撞。

当一个球以一定的速度沿着直线运动，另一个球以一定的速度在同一直线上与之碰撞时，两个球的动量将发生转移。

根据动量转移公式，我们可以计算出碰撞时两球动量的变化。

动量转移在物理学中有着广泛的应用。

例如，在汽车碰撞的研究中，动量转移可以帮助我们理解碰撞发生时的力学过程。

当两辆车发生碰撞时，它们的动量发生转移，这会产生巨大的冲击力。

通过研究动量转移，我们可以设计更安全的汽车结构，以减少碰撞对驾驶员和乘客的伤害。

此外，动量转移也可以应用于运动员的训练和竞技中。

例如，在撞击运动中，如拳击和橄榄球，动量转移是关键要素之一。

运动员可以通过控制自身的动量转移，在撞击时增加对手的受力，从而增加成功的几率。

训练中，动量转移可以通过力量和速度的训练来提高，从而提高运动员的竞技水平。

此外，动量转移还可以帮助我们理解一些日常生活现象。

例如，当我们踢足球时，我们需要考虑踢球的力度和角度，以使球达到理想的速度和方向。

这涉及到对动量转移的理解和应用。

我们也可以看到动量转移在射箭、高尔夫等运动中的应用。

总结一下，动量转移在力学中起着重要的作用。

它是衡量物体运动的重要量度，可以帮助我们理解和分析各种运动和碰撞的过程。

动量转移不仅在物理学研究中有应用，也在运动员的训练和竞技中扮演重要角色。

在我们日常生活中，我们也可以观察到动量转移的现象，从而更好地理解运动和碰撞的力学原理。