最新材料冶金传输原理课件教学讲义ppt课件.ppt

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1、材料冶金传输原理课件§1课程简介§2“三传”的内在联系和类似规律性质本课程为一门专业技术基础课，属于工程基础理论课程，是专业主干课，必修课。研究对象动量传输热量传输质量传输源于流体力学源于传热学源于传质学基础课程高等数学物理化学§1课程简介理论力学第1章概念和定义§1-1流体和连续介质§1-2流体的性质§1-3流体性质逐点变化§1-4单位19世纪前，流体力学的研究分为两个分支：一是理论分析方法：研究流体运动时不考虑黏性，运用数学工具分析流体的运动规律。另一个是实验方法：不用数学理论而完全建立在实验基础上对流体运动进行研究，解决了技术发展中许多重要问题，但其结果常受实验

2、条件限制。这两个分支的研究方法完全不同，这种理论和实验分离的现象持续了150多年。评论家称“工程师观察着不能解释的现象，数学家解释着观察不到的现象”。直到20世纪初普朗特提出了边界层理论为止。普朗特将经典力学与实验力学融合为一个理论体系，开启了现代流体力学。第1章概念和定义路德维奇.普朗特（LudwigPrandtl）1875年2月4日出生于德国的弗莱辛1953年8月15日卒于哥廷根现代力学的奠基人之一，他创立了边界层理论、薄翼理论、升力线理论，研究了超声速流动，提出普朗特－葛劳渥法则，并与他的学生梅耶一起研究了膨胀波现象（普朗特－梅耶流动），并首次提出超声速喷管设计

3、方法。普朗特的开创性工作，将19世纪末期的水力学和水动力学研究统一起来，被称为“现代流体力学之父”。除了了在流体力学中的研究工作，还培养了很多著名科学家，其中包括冯.卡门、梅耶等著名流体力学家，对我国流体力学研究做出奠基工作的陆士嘉教授也曾是普朗特的学生。第一章概念和定义流体、运动和力（能量）是构成流体力学的三个基本要素。1.1流体和连续介质流体：在剪应力作用下能够产生连续形变的物质。流体的微观和宏观特性流体分子微观运动自身热运动流体团宏观运动外力引起统计平均值流体微团：具有流体宏观特性的最小体积（即临界体积△V*或△τ*）的流体团。缺点：（1）△V*虽然很小，但仍存

4、有线尺度，不能与数学上点的概念相统一；（2）在流体运动过程中微团将变形。为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型。优点：（1）流体质点无线尺度，无热运动，只能在外力作用下作宏观平移运动；（2）将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质点。为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流体元）模型（1）流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx，δy，δz）（2）由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形运动。连续介质概念（假设）欧拉1753年首先提出。忽视流体微观结构的分散性,将流体看成是由无限多个流体质点或微团组成的密集而无间隙的连续介质。——假定了流体的稠密性和连续性连续介

5、质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。优点：（1）可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和时间变化；（2）由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函数理论求解方程。连续介质概念的适用范围除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理论分析。1.2流体的性质流体的密度：单位体积流体的质量流体性质与流动特性：不可压缩流体：在很大的温度和压力范围内，密度几乎不变的流体。流体的点应力：单位面积上流体所受的力法向应力切向应力作用在流体上的力一类是长程力（体积力）：能穿越空间作用到所有流体元上，不通过物理接触而产生的作

6、用力。如：重力、电磁力、惯性力。特点：这些力的强度取决于流体元的局部性质（如密度、电磁强度、加速度等），与流体元的位置变化关系不大。因为长程力的大小与流体元的体积成正比。所以又称为体积力（质量力：重力和惯性力与流体元的质量成正比）。一类是短程力（表面力）：相邻两层流体需要物理接触通过分子作用（如分子碰撞、内聚力、分子动量交换等）产生的力。因为短程力仅取决于流体元的表面状况，所以又称为表面力。如：压力、粘性力等。作用在流体上的力静止流体：静止流体不存在切应力，表面力仅由法向应力引起。X方向y方向说明：静止流体中，流体的法向应力与方向无关，它是一个标量。流体表面的压强与法

7、向应力是大小相等，方向相反的。工程上简称为压力。1.3流体性质逐点变化全国气压的变化，图中曲线为等压点的变化。介于dx和dy两点间区域内压力P的变化，可用全微分表示在xy平面内的两条特殊轨迹：一条是等于零；另一条是为最大值。是一个常数。沿着标量为常数的轨迹称为等压线。为最大值：（1-6）（1-7）同理：（1-8）式（1-7）和式（1-8）指出，最大方向导数是下述形式的矢量：梯度：沿最大值轨迹的方向导数；标量场的梯度是一个矢量场扩展到三维：引入算子（1-9）式（1-9）可简化为：（1-10）1.4单位国际标准单位（SI）四个基本单位：质量长度时间温度m