冶金傳輸原理復習大綱第一篇動量傳輸動量傳輸的研究對象：流體。研究內容：流體的運動和平衡規律。一基本概念1．流體：流體是一種受任何微小剪切應力作用能持續變形的一種物質2．流體的粘性：流體內部各流體微團之間發生相對運動時，流體內部會產生摩擦力（即粘性力）的性質。（與固體外表面接觸時）或流體在流動或變形時，其本身所具有的阻礙流動或變形的性質；流體的粘度：衡量流體粘性大小的物理量;可壓縮性：流體的體積隨壓力變化而變化的屬性稱為流體的壓縮性；不可壓縮性：當流體的壓縮性對所研究的流動影響不大，可忽略不計時，這種流體稱為不可壓縮流體，反之稱為可壓縮流體。3．理想流體:粘性為0的流體（實際并不真正存在）實際流體:具有粘性的流體4．流體壓強及表示方法（絕對壓強，表壓）壓強：垂直作用于單位面積流體上的壓力，稱為壓強。壓強表示方法：一個標準大氣壓的精確值為101.325Pa，它是指一個標準大氣壓比絕對零壓高101.325Pa。絕對壓強：凡是用絕對零壓作起點計算的壓強，稱為絕對壓強。表壓：一般測壓儀都是測定相對壓強，故相對壓強又稱為表壓強。P=F/A5．作用于流體上的力：表面力，體積力（質量力）A表面力如法向力（壓力），切向力（粘性力）表面力的大小與其表面積的大小呈正比，是作用在表面上的力。B體積力（質量力）如重力、慣性力、電磁力等質量力的大小與其質量的大小呈正比，它可以遠距離作用在流體內部的每一個質點上。故稱遠程力。6．流體流動的起因及分類：自然流動：無外力作用，由于流體本身的性質導致的流動。(河水，風…）強制流動：在外力作用下產生的流體的流動。（自來水管，水泵…）7．速度場、速度梯度、邊界層，穩態流動及非穩態流動速度場：速度在空間和時間上的分布狀態。速度梯度：垂直于流體運動方向的速度變化率，或稱速度梯度。邊界層：受固體壁面的影響速度急驟變化的區域0≤y≤δ(x)為邊界層穩態流動：在流體的任何空間點處，流體的速度即其他物理量均不隨時間而改變，僅與這些點的空間位置有關，即u=f（x，y，z）…?u/?τ=0…非穩態流動：在流體的任何空間點處，流體的速度和其他物理量只要有一項隨時間而改變，這是運動要素就不僅與這些點的空間位置有關，而且與時間有關，即u=f（x，y，z，τ）…?u/?τ≠0…8．動量通量的概念及計算公式動量通量：單位時間通過單位面積的動量量，稱為動量通量。動量通量=mu/(t.A)即：粘性流體流動時，單位時間通過單位面積流體所傳輸的動量。①對流動量通量：由于流體流動引起的動量傳輸，即前述定義式；其傳輸方向與流體流動方向一致?！適=ρuAt∴動量通量=mu/(t·A)=ρu2②粘性動量通量:根據定義，動量通量=mu/(t·A)=ma/A=F/A=τ根據牛頓粘性定律：對于不可壓縮流體，粘性動量通量可表示為：即：速度不等的流層之間，作用在單位接觸面積上的粘性力τ，相應地就是接觸面積上的粘性動量通量。式中“-”號表示，動量通量的方向與速度梯度的方向相反，即動量是從高速到低速的方向傳輸的。粘性力與粘性動量通量的區別：大小相等，方向垂直。粘性力的方向對快流層與速度的方向相反，對慢流層與速度的方向相同；粘性動量通量的方向與動量梯度（或速度梯度）的方向平行而相反，即動量是由高速流層向低速流層方向傳輸。粘性動量通量是流體粘性所形成的動量傳輸。粘性力→各流層之間帶動力（對慢流層）或制動力（對快流層）。由于流層的速度不等→動量不等，快流層帶動慢流層，前者將動量傳給后者—實質是動量的傳遞過程。注意！！：牛頓粘性定律的適用范圍：層流流動的流體。9.什么是流體的密度、比容？如何計算混合流體的平均密度、比容？流體密度：單位體積流體所具有的質量稱為流體密度。用e表示比容：是指單位質量流體所具有的體積。用ν表示混合流體平均密度：(1)液體流體一般認為混合前后體積不變，平均密度的計算式為：(2)氣體流體混合前后質量不變，平均密度的計算式為：式中：xa，xb….…為混合物中各物質的質量分數；xA，xB….…為混合物中各物質的體積分數10.流體在流動中的阻力損失及減少阻力損失的措施。阻力損失：∑hf＝h1+hfh1—局部阻力損失hf—直管摩擦阻力（沿程阻力）損失減少流體阻力的方法包括（P57）：(1)在不影響管路布置的情況下，盡可能縮短管路長度。(2)管道中盡可能減少管件和閥件；截面的變化盡可能采用逐漸增加或減少的方式。(3)適當放大管徑，降低流速。(4)盡量選擇光滑管道（莫迪圖）。11.流體的流動型態及其影響因素。流動型態：層流流動與湍流流動層流:質點作有規則的流動,運動中質點之間互不混雜,互不干擾。湍流:質點運動非?；靵y.結論:存在下臨界速度uc和上臨界速度uc'，當u>uc，流動由層流→湍流；當u<uc'，流動由湍流→層流。影響因素：雷諾試驗中，除流速外，流體密度、粘度及管徑都會影響流動型態，固以一包含各因素無因次數群判斷流動狀態，即著名的雷諾數：Re=ρud/μ或Re=ud/υ過渡區:uc<u<uc′，可能為層流或湍流，但都不穩定。對光滑圓管，Re<2300，層流；Re>4000，湍流。12.射流的定義及分類。射流：當流體由噴嘴噴射到一個足夠大的空間時，流股由于脫離了原限制環境，而在空間中繼續流動擴散，這種流動叫射流。分類：自由射流半限制射流限制射流13.自由射流的基本特點。（圖）沿射流方向可將射流分為兩段：初始段和主段初始段：即射流中心速度仍為初始速度的區段，長度大約是噴管直徑的6倍。（即射流核心區和射流邊界層）主段：即中心速度逐漸減小的區域（射流邊界層區）轉折截面：由始段向主段轉變的截面。其特點是只有中心一點的速度為初始速度。射流核心區：保持速度為初始速度的區域射流極點：射流外邊界線逆流向延長線的交點。初始段的射流的結構沿徑向可分為外邊界、內邊界、射流邊界層。外邊界：射流流股與環境介質之間的界面。界面上的氣體分子具有運動的趨勢，速度為零。內邊界：指噴出的氣體的速度仍為噴出速度u0的的氣體與已在運動著的、速度小于u0的氣體的分界面。射流邊界層：內邊界和外邊界之間的區域。射流邊界層是向兩邊擴展；一是向外擴展，引射更多的靜止氣體進入邊界層；一是向內擴展，與保持速度為初始速度的區域（射流核心區）進行動量和質量的交換，使該區逐漸的減小。14.半限制射流的附壁效應柯安達(Coanda)效應（附壁效應）：流體遇到不對稱邊界條件時偏向固體一側流動的現象15.拉瓦爾管的結構及應用16.馬赫數二基本原理1溫度和壓力對流體密度的影響（尤其氣體）2流體流動的型態與雷諾數的關系雷諾數：Re=ρud/μ或Re=ud/υ對光滑圓管，Re<2300，層流；Re>4000，湍流。過渡區:可能為層流或湍流，但都不穩定。3獲得超音速流動的條件及壓縮性氣體流出的特點4牛頓粘性定律:①牛頓粘性定律的表達式為：式中：F—不同流速的流層間的粘性力，N；

A—不同流速的流層間的接觸面積，m2；

μ—流體的動力粘性系數或動力粘度，Pa·s(N·s/m2)；

—流向（x）法線方向（y）上的速度梯度1/s②單位面積上的粘性力稱為粘性剪切應力或切應力5流體的連續性方程6伯努利方程及其應用。7自由射流的動量守恒P69:(7.1a))第二篇熱量傳輸研究對象：熱量傳輸是研究由于“溫度差異”所引起的能量的傳遞過程?！皽囟炔睢笔且馃崃總鬟f的根本原因。一基本概念1．溫度場，溫度梯度，等溫面、等溫線物體溫度隨空間坐標的分布和隨時間的變化規律叫溫度場。等溫面沿法向方向的方向導數叫溫度梯度。（溫度場中任意一點沿等溫面法線方向的溫度增加率）在溫度場中的某一瞬間，所有溫度相同的各點組成的一個空間曲面叫等溫面。在該面上，各點都具有同一個溫度值任意一平面與等溫面相交的交線叫等溫線,或定義為:在溫度場中某一瞬間,所有溫度相同的點組成的一條空間曲線叫等溫線。2．熱量傳輸的基本方式、原理及特點。熱量的傳輸有三種基本方式，即導熱，對流傳熱和輻射傳熱。一、熱量傳輸的基本方式1導熱:溫度不同的物質由于直接接觸，沒有物質的相對宏觀運動時發生的熱量傳輸現象。其實質是由于微觀質點的熱運動。導熱只發生在溫度分布不均勻的物體內部，或彼此接觸的溫度不同的兩種物體的接觸面之間。2對流傳熱:指流體中各部分間發生相對位移而引起的熱傳遞現象。對流傳熱是指流體中各部分間發生相對位移而引起的熱傳遞現象，即不同溫度的各部分發生相互對流，摻混。3輻射傳熱:物質靠電磁波的發射與吸收來進行能量傳遞的過程.前兩種傳熱方式都需要物體的直接接觸，才能實現熱量的傳遞，而輻射傳熱則無須物體的接觸。3．穩態及非穩態的概念及特點。如果溫度僅是坐標的函數而與時間無關，則此溫度場為穩態溫度場，即空間各點的溫度將不隨時間的變化而變化。僅是位置的函數。發生在穩態溫度場內的傳熱叫穩態傳熱，發生在非穩態溫度場中的傳熱即為非穩態傳熱。4．導熱系數、熱量傳輸系數的定義及影響因素導熱系數λ：據傅立葉定律： W/(m·℃)此式亦是λ的定義式，其物理意義是：沿熱流方向的單位長度上，溫度降低1℃時通過單位面積的導熱量。λ反映了物質導熱能力的大小，是材料的一種宏觀的物理性質，越大，該物質的導熱能力就愈強導熱系數的數值取決于物質的種類和溫度，對于同一種物質還與其化學純度、物理狀態、以及結構等方面有關。一般來說,固體金屬的導熱系數為最大，其次為液體、氣體。即金屬—液體—非金屬—氣體。2熱量傳輸系數α(熱擴散率，熱擴散系數)：a的定義：m2/sa的物理意義：其大小說明了物體內部的溫度趨于均勻一致的能力的大小。從其定義式來看，分子λ表明了物質的導熱能力的大小，分母ρC則表示了1m3的物質溫度每升高一度所需吸收的熱量，即蓄熱能力的小。a值越大，說明物質內部熱量的傳輸速率越大。在相同的外部條件下，物體內部出現的溫差就越小。亦即各部分的溫度越易趨于均勻一致。6．傳熱過程的“薄”與“厚”，“有限厚”和“無限厚”。Bi＜0.25為薄材；Bi＞0.5為厚材在所討論的時間之內，溫度擾動已波及整個物體時為有限厚物體。溫度擾動不能波及整個物體時為無限厚物體。輻射傳熱中黑體、白體和透熱體的定義。當物體將投射到其表面上的能量全部吸收時，即：r=d=0，a=1時，叫理想黑體，簡稱黑體當物體將投射到其表面上的能量全部反射時，即:a=d=0：r=1時，叫理想白體，簡稱白體當物體將投射到其表面上的能量全部透射時，即a=r=0,d=1時，叫透熱體。8.氣體輻射的特點。對于氣體，r=0a+d=19.角度系數的定義及性質叫表面i對表面j的角度系數。注意：分母中包含有兩部分，一部分是自身輻射，一部分是反射輻射。因此，10.灰體的定義及性質。定義：單色吸收率和單色黑度與波長無關的物體。即灰體的吸收率和黑度只與其自身的條件有關，而與投射物體無關?；殷w也是一種理想化的物體。由于灰體的吸收率和黑度與投射物體無關，所以不用滿足克西荷夫定律所要求的條件。即：a=e11.輻射力，有效輻射，自身輻射等。1輻射力：E單位時間，單位表面積向半球空間輻射出的全部波長（0--∞）范圍的能量。單位：W/m2有效輻射QJ包括兩部分：自身輻射和反射輻射。W/m2即：QJ=Qs+Qr=εEb+(1-a)Qi(1)自身輻射Qs投來輻射Qi反射輻射Qr吸收輻射Qa12.對流傳熱系數。定義式：對流傳熱系數影響因素1流動的起因(強制,自然)，2流速(u)，3物性(ρ,μ,λ,cp,tf,tw），4傳熱面的幾何形狀及相對位置Fh=f(ρ,μ,u,λ,cp,tf,tw,F）13.熱阻如果是單位面積的熱阻叫單位熱阻(1-e)/e。表面熱阻僅與表面的性質有關，當表面為黑體時，則表面熱阻為零，說明物體不是黑體，相當于有一個熱阻。二基本原理1傅立葉導熱定律熱流量與熱通量的定義熱流量：單位時間內通過某一給定面積F的熱量叫熱流量。用Q來表示，單位為W。熱通量：是指在單位時間內通過單位面積的熱量，亦稱熱流密度,用q表示，單位為:W/m2熱流量與熱通量的關系：Q=qF熱流量是表現熱量傳輸速率的一個物理量.2牛頓冷卻公式二牛頓冷卻定律（公式）Q=hΔtA=h(tf－tw)Awq=hΔt=h(tf－tw)w/m2式中：h—對流傳熱系數，w/(m2·℃)tf—流體溫度，℃tw—表面（界面）溫度，℃A—傳熱面積，m2Δt—流體與壁面間的溫差，℃當tf＞tw時Δt=tf-twtf＜tw時Δt=tw-tf3畢歐準數的意義及應用4努塞爾準數的意義及應用5普蘭特準數Pr=ν／a物理意義:動量傳輸系數與熱量傳輸系數的比值即：兩種傳輸能力之比。斯蒂芬—波爾茨曼定律dEb=IbldlW/mW/m2s0=5.67×10-8W/(m2K4)通常，將斯蒂芬—波爾茨曼定律表示為：Eb=C0(T/100)4式中：C0=5.67W/(m2K4)叫黑體的輻射系數。物體對輻射能的反射、吸收及透過之間的關系。第三篇質量傳輸研究對象：物質傳遞的運動規律。“濃度差”是引起熱量傳遞的根本原因。一基本概念1．濃度場，濃度梯度。濃度場某組分濃度在空間的分布及隨時間變化規律叫該組分的濃度場，即：Ci=f（x，y，z,τ）（在直角坐標系中）若：?Ci/?τ=0Ci=f（x，y，z）即為穩態濃度場；在該場中傳質即為穩態傳質。濃度梯度同速度、溫度一樣，梯度的定義為gradC=dC/dy即在傳質方向上單位距離的濃度變化量2．質量傳輸的基本方式及其本質、特點。質量傳輸的基本方式：分子擴散傳質和對流傳質1分子擴散傳質從本質上說，它是依賴微觀粒子的隨機的分子運動所引起的。當體系存在濃度差時，濃度大的分子破壞了均衡態而導致了定向的分子運動，促使濃度大的區域的分子趨向濃度小的區域，而達到濃度一致，從而完成宏觀的質量傳輸。通常情況下，分子擴散傳質是很緩慢的，傳遞的質量亦是很少的。（相似于導熱）2對流傳質主要發生在流動介質不同濃度之間或相際的不同濃度之間，即發生在流體內部，流體與流體的分界面或流體與壁面間，此時，質量傳遞與動量傳遞密切相關。由于對流傳質是非常活躍的，往往可將分子擴散傳質忽略不計。3．穩態及非穩態的概念及特點。在穩態濃度場中傳質即為穩態傳質。4．擴散系數、對流傳質系數的定義及影響因素擴散系數(Di)單位（m2/s）同n、a的一樣，是一個很重要的參數，是一物性參數，Fick定律即為其定義式，其數值的大小反映了物質擴散能力的大小。一般而言，