传输原理01.ppt

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1、第一章绪论主要内容1.介绍一些基本概念2.掌握三种传输的类似性3.学习研究传输过程的基本方法首先介绍一些基本概念传输：物理量在某一条件下的传递、输送。传输过程：物理量从非平衡态到平衡态转移的过程。平衡态：系统内具有强度性质的物理量不存在梯度；非平衡态：具有强度性质的物理量在系统内存在梯度。动量传输：垂直于流体运动方向上的动量由高速区向低速区的转移；热量传输：热量由高温区向低温区的转移；质量传输：体系中一个组分或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。传输的普遍性：许多工程领域都存在。本课程中研究的物理量为动

2、量、热量和质量，亦即研究动量传输、热量传输和质量传输；第一节动量、热量、质量传输的类似性动量、热量、质量的传输发生的原因是存在相应的梯度（速度梯度、温度梯度、浓度梯度）。1、速度分布不均时，分子传递的结果产生切应力；2、温度分布不均时，分子传递的结果产生热传导；3、系统中若某组分的浓度分布不均时，分子传递的结果引起该组分的质量扩散。上述三者分子传输性质的数学关系式分别为：牛顿粘性定律、菲克定律傅立叶定律、一、牛顿粘性定律两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率，即对于均质不可压

3、缩流体，则有：y——垂直于运动方向的坐标（m）；—动量浓度变化率（单位体积流体的动量在y方向的变化率）（kg•m-3•s-1）,τ——切应力，动量通量（Pa）；η——流体的动力粘度或动力粘度系数（Pa•s）；ν——流体的运动粘度，也称动量扩散系数（m2/s），ν与η的关系为ρ——流体的密度（kg/m3）；表达式中的负号表示动量通量的方向与速度梯度的方向相反，即动量朝着速度降低的方向传递。二、傅立叶定律（Fourier’slaw）均匀的、各向同性的材料中，存在稳定的一维温度场，通过导热的方式传输热量如下图

4、所示。二、傅立叶定律（Fourier’slaw）对于恒定ρcp的物体,则有y-温度发生变化方向坐标（m）；q-热流密度，也称热量通量（单位时间内通过单位面积传递的热量（W/m2)；λ——热导率[W/（m•K）]；——热扩散系数（m2/s），—热量浓度或焓浓度变化率（J•m-3•m-1）cp——比定压热容（J•kg-1•℃-1）；原教材此处单位？？式中的负号表示热量通量的方向与温度梯度的方向相反，即热量朝着温度降低的方向传递。此时，传输的热流密度为：三、菲克定律（Fick’slaw)由两组分A、B构成的系

5、统中，组分A通过分子扩散传递的质量通量密度为:y--组分A的密度发生变化的方向坐标（m）；-jA--组分A的质量通量密度（单位时间内通过单位面积传递的组分A的质量（kg•m-2•s-1)；DAB—组分A在组分B中的扩散系数（m2/s）；—组分A的质量浓度（密度）梯度（kg•m-3•m-1）；式中的负号表示质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即组分A朝着其浓度降低的方向扩散。四、三种传输现象的类似性它们的类似性体现在以下几方面：2、扩散系数具有相同的因次，单位均为（m2/s）3、通量为单位时间内通过与传递

6、方向相垂直的单位面积上的动量、热量和质量；通量的传递方向均与其梯度的方向相反。因此，通量的表达式中都有一个“—”现象方程：通常将通量等于扩散系数乘以浓度梯度的方程1、数学表达式相似第二节传输过程的研究方法传输过程是物理过程，它的研究方法和物理学中其它领域的研究方法一样有三种方法。理论研究实验研究数值计算理论研究方法一、理论研究方法理论方法是通过对物理现象或过程进行科学抽象（近似），提出合理的理论模型。对该理论模型，根据相应的物理规律，建立方程组，将原来的物理问题转化为数学问题，在相应的边界条件和初始条件

7、下求解。在理论方法中，引用的主要定理有：质量守恒定律、动量守恒定律牛顿运动第二定律机械能转化与守恒定律，（即动能+压能+位能+能量损失=常数 ）因此，理论研究方法的关键在于提出理论模型，并能运用数学方法求出理论结果，达到求解问题目的。但由于数学上的困难，许多实际问题还难以精确求解。第二节传输过程的研究方法典型的实验系统有：风洞、水洞、水池等现代测量技术在计算机、光学和图像技术配合下，在提高空间分辨率和实时测量方面已取得长足进步。实验结果能反映工程中的实际规律，发现新现象，检验理论计算的结果等，但结果的普

8、适性较差。测量技术有：激光测速；粒子图像、迹线测速；高速摄影；全息照相；压力、密度测量等。二、实验研究方法许多实用公式和系数都是由实验得来的。至今，工程中的许多问题，即使能用现代理论分析与数值计算求解的，最终还要借助实验检验修正。实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立模拟实验系统，用多种测量技术测量一些参数，然后处理、分析实验数据。第二节传输过程的研究方法三、数值研究方法常用的数值计算方法有：有限差分法、有限元法、边界元法等。数值方法