传输原理

第一章 绪论 传输过程：是物理量从非平衡状态朝平衡状态转移的过程。

平衡状态：指在物理系统内具有强度性质的物理量不存在梯度。

例如，热平衡时指物系内的温度各处均匀一致。

动量传输：是指在垂直于实际流体流动方向，动量由高速度区向低速度区转移。

热量传输：是指热量由高温度区向低温度区转移。

质量传输：是指物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区转移。

第二章 流体的性质 流体：自然界中能够流动的物体，如液体和气体，一般统称为流体。

连续介质模型：“连续介质”作为宏观流体模型，将流体看成是由无限多个流体质点所组成的密集而无间隙的连续介质，也叫做流体的连续性的基本假设。

就是说，流体质点是组成流体的最小单位，质点与质点之间不存在空隙。

液体的压缩性：是指当作用在流体上的压力增加时，流体所占有的体积将缩小的特性。

用等温压缩率来表示1-a 1)(P TP V VT 单位：∆∆-=κ 液体的膨胀性：是指流体的温度升高时，体积会膨胀的特性。

用体胀系数来表示11)(-∆∆=K p TV VV 单位：α 气体的体胀系数：TV 1=α流体的粘性：在做相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层做相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性。

由粘性产生的作用力叫做粘性阻力或内摩擦力。

粘性阻力产生的物理原因：（1）由于分众做不规则运动时，个流体层之间互有分子迁移掺混，快层分子进入慢层分子时给慢层分子一向前的碰撞，交换能量，是慢层加速，慢层分子迁移到快层分子时，给快层分子一向后的碰撞，形成阻力而使快层减速。

这就是不规则运动的动量交换形成的粘性阻力。

（2）当相邻流体层有相对运动时，快层分子的引力拖动慢层，而慢层分子的引力阻滞快层，这就是两层流体之间吸引力所形成的阻力。

粘度：η表示当速度梯度为1单位是，单位面积上摩擦力的大小，称为动力粘度。

ν是运动粘度，等于流体的动力粘度与其密度的比。

ρην=温度对粘性的影响：当温度升高时，液体的粘度降低，气体的粘度增大。

所有金属液体的粘度都随温度升高而降低。

非牛顿流体：对于不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体。

（ 滨海姆塑流型流体、伪塑流型流体、屈服-伪塑流型流体）。

第三章 流体动力学 流场：充满运动流体的空间。

运动参数：用以表示流体运动特征的一切物理量。

拉格朗日法：它大的出发点是流体质点，即研究流体各个质点的运动参数随时间的变化规律，综合所有流体质点运动参数的变化，变得到了整个流体的运动规律。

欧拉法：她的出发点在于流场中的空间点，即研究流体质点通过空间固定时的运动参数随时间的变化规律，综合流场中所有点的运动参数变化情况，就得到整个流体的运动规律。

当地加速度：通过空间固定点的流体质点速度随时间的变化率。

迁移加速度：同一瞬时流体质点从一个空间点转移到另一个空间点的速度变化率。

质点的总加速等于当地加速度与迁移加速度之和。

非稳定流：如果流场的运动参数不仅随位置的不同而变化，又随时间的不同而变化。

稳定流：如果流体的运动参数只随位置的不同而变化而与时间无关。

迹线：流体质点运动的轨迹线。

流线：同一瞬时流场中连续的不同位置质点的流动方向线。

流线的特点：1、非稳定流时，经过同一点的流线其空间方位和形状是随时间改变的。

2、稳定流时，由于流场中各点流速不随时间改变，所以同一点的流线始终保持不变,且流线上质点的迹线与流线重合。

3、流线不能相交。

流线分布密集处流速大，流线分布稀疏处流速小。

伯努利方程应用的条件：1、流体运动必须是稳定流。

2、所取的有效断面必须符合缓变流条件。

3、流体运动沿程流量不变。

4两个有效断面间必须没有能量的输入或输出。

5、适用于不可压缩流体流动。

一般气流速度小于502sm 时可按不可压缩流体处理。

流体动力学的三个基本物理定律：1、物质不灭定律（或质量守恒定律）—-----连续性方程 2、牛顿第二定律（F=ma ）-------------动量传输方程（欧拉方程、纳维尔–斯托克斯方程） 3、热力学第一定律（能量守恒定律）---------------能量方程（伯努利方程） 第四章 层流运动及湍流运动层流：是指流体质点在流动方向分层流动，各层互不干扰和掺混，流线呈平行状态的流动。

边界层δ：是指近壁处，由流速为零的壁面到速度分布较均匀的地方的这一流体层。

δ随流体流进管内的距离的增大而增大的。

流体粘性大， δ增大就快。

湍流：是指流体流动时，各质点在不同方向上作复杂的无规则运动，互相干扰地向前运动的流动。

沿程阻力：是指沿流动路程上由于各流体之间的内摩擦力而产生的流动阻力。

局部阻力：是指流体在流动中因遇到局部障碍而产生的阻力。

局部障碍包括流道发生弯曲、流通截面扩大或缩小，流体通道中设置了各种各样的物件如阀门等。

水力光滑管：当δ>△时管壁凸出高度完全被淹没在层流边界之中，△对流动阻力影响很小。

水力粗糙管：当δ<△时管壁凸出高度完全暴露在层流边界层之外，当流体经过凸出部分是即形成碰撞，加剧湍动，而且在凸出部分后面形成漩涡，消耗了能量。

（δ为层流边界层的厚度，Δ为管壁的绝对粗糙度） 第七章 相似原理与量纲分析相似第一定律：彼此相似的现象必定具有数值相同的同名相似准数。

相似第二定律：凡同一种类现象，如果定解条件相似，同时由定解条件的物理量所组成的相似准数在数值上相等，那么这些现象必定相似。

相似第三定律：描述某现象的各种量之间的关系式可以表示成相似准数之间的函数关系，即0),(,2,1=n F πππ ，这种关系式称为准数方程。

模型相似条件：几何相似、物理相似、定解条件相似。

第八章 热量传输的基本概念 热量传递的基本方式及动力：导热、对流和辐射。

热量传输的动力是温度差。

导热：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递。

对流：是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。

可分为强制对流和自然对流两类。

热辐射：物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因发出辐射能的现象。

与导热和对流相比较的特点，热辐射可以在真空中传播；辐射换热不仅产生能量的转移，还伴随着能量形式的转化。

温度场：物体中存在着时间和空间上的温度分布，称为温度场。

非稳态温度场：物体中个点的温度随时间改变的温度场。

稳态温度场：物体中个点的温度不随时间改变的温度场 第九章 导热 热阻：热转移过程的阻力称为热阻。

接触热阻：接触界面产生的热阻。

导热的三类边界条件： 1、规定了边界的温度值，称为第一类边界条件。

2、规定了边界上的热流密度值，称为第二类边界条件。

3、规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数α及周围流体的温度f T ，称为第三类边界条件。

导热微分方程：cQzT yT xTctT ρρλ+++=∂∂∂∂∂∂∂∂)(222222在稳态、无热源条件下：0222222=++∂∂∂∂∂∂zT yT xT傅里叶准数Fo ： 2δat Fo = 毕奥准数Bi: λαδ=Bi第十章 对流换热 努塞尔数Nu ：λαl Nu =影响对流换热的主要因素：流动的动力；流体冲刷的换热面的几何形状和布置；流体的流动状态及流体的物理性质，即粘度η、比热容c 、密度ρ及导热率λ等。

第十一章 辐射换热 吸收率α、反射率ρ、透射率τ；α+ρ+τ=1 ， 对于固体τ=0 ， 对于气体ρ=0。

黑体：把吸收率α=1的物体叫做绝对黑体，简称黑体；镜体：把反射率ρ=1的物体叫做镜体（当反射为漫反射是称绝对白体）；透明体：把投射率τ=1的物体叫做透明体。

辐射力：是物体在单位时间内单位面积向表面上半球空间所有方向发射的全部波长的总辐射能量。

记为E ，单位是W/㎡。

辐射力表征了物体发射辐射能本领的大小。

史提芬----波尔兹曼定律：44)100(T C T b bbE==σ)(1067.528K m W b ⋅⨯=-σ )(67.542K m W C b ⋅= 维恩位移定律：表达了波长与热力学温度成反比的规律。

即K m T m⋅⨯=-3109.2λ基尔霍夫定律：任何物体的辐射力与它对来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下黑体的辐射力。

推论：1、在相同温度下，一切物体的辐射力一黑体的辐射力为最大。

2、物体的辐射力越大，其吸收率也越大。

换句话说，善于辐射的物体必善于吸收。

黑度或发射率：物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比叫做该物体的发射率或黑度。

b E E =ε41004b b )(TT E E εσε==b E E=αεα=（就固、液体而言）角系数：1、相对性212121XA X A = 2、完整性1111131211==++++∑=ni i n X X X X X气体辐射的特点：1、对波长具有选择性 2、气体的辐射和吸收在整个容积中进行 3、气体的反射率为零 第十三章 质量传输基本感念和传质微分方程通量密度：任一组分的通量密度是该组分的速度与其浓度的乘积。

方向与速度方向一致，大小等于垂直于速度方向的单位面积上、单位时间内通过的该组分的物质的量。

扩散系数：（1）气相扩散系数取决于扩散物质和扩散介质的温度、压强，与浓度的关系较小。

（2）液相扩散系数不仅与物质的种类、温度有关，还随溶质的浓度而变化，只有稀溶液的才视为常数。

温度越大扩散系数越大。

（3）固体扩散系数受温度的影响很大。

分子传质：它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。

在气、液和固相中均能发生。