质量传递和热量传递概述

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1、一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述一、流体流动规律(一)连续介质假设流体是由大量的微小分子所组成，分子间具有一定的空隙，每个分子都在不断地作不规则运动。因此，流体的微观结构和运动在空间或时间上都是不连续的。由于流体力学是研究流体的宏观运动，没有必要对流体进行以分子为单元的微观研究，因而假设流体为连续介质，即认为流体是由比分子大很多的，微观上充分大而宏观上充分小的，可以近似地看成是几何上没有维度的一个点的质点所组成，质点之间没有空隙，连续地充满流体所占有的空间。将流体的运动作为由无数个流体质点所组成的连续介质的运动，它们的物理量在空间或时间上都是连续的。这

2、样，就可以摆脱研究分子运动的复杂性；在方法上可以运用数学分析中的连续函数这一有力工具。根据连续介质假设所得的理论结果，在很多情况下与相当的实验结果很相符合，因此这个假设是被允许的。在某些特殊情况，例如高空的稀薄气体不能作为连续介质来处理。在这里需要说明的，虽然把流体视为连续介质，不研究流体微观的分子运动，但分子运动实际上是客观存在的，因此必须在流体的物理性质中加以考虑，例如流体的一个最重要的物理性质——粘性，就是由于流体内部分子运动所引起的。在连续介质假设的基础上，一般还认为流体具有均匀等向性，即流体是均质的，各部分和各方向的物理性质是一样的。第一节质量传递和热量传递概

3、述一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述(二)流体的主要物理性质流体运动的规律与作用于流体的外部因素及条件有关，但主要决定于流体本身的内在物理性质。因此，先讨论流体的主要物理性质。1、易流动性固体在静止时，可以承受切应力。流体在静止时，不能承受切应力，只要在微小的切应力作用下，就发生流动而变形。流体在静止时不能承受切力、抵抗剪切变形的性质称易流动性。流体也被认为是不能抵抗拉力，而只能抵抗对它的压力。第一节质量传递和热量传递概述一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述2、质量和密度流体和其他物质一样，具有质量。流体单位体积内所具有的质量称密度，以ρ表

4、示。对于均质流体，设体积为V的流体具有的质量为m，则密度ρ为对于非均质流体，由连续介质假设可为密度的单位为kg/m3。流体的密度随温度和压强的变化而变化。实验证明，液体的这些变化甚微，因此，在解决工程流体力学的绝大多数问题时，可认为液体的密度为一常数。第一节质量传递和热量传递概述一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述3、重力·重度地球对流体的引力，即为重力，用重量来表示。流体单位体积内所具有的重量称重度或容重或重率，以表示。对于均质流体，设体积为V的流体具有的重量为G，则重度为对于非均质流体，由连续介质假设可为重度的单位为N/m3。由运动定律知，G＝mg，g

5、为重力加速度(一般可视为常数，并采用，9.80m/s2的数值)。因此，可得或第一节质量传递和热量传递概述一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述水和空气的重度值可查阅工程流体力学书籍和手册。计算时，一般采用水的重度值为9.8×103N/m3，水银的重度值为133.28×103N/m3。4、粘性流体在运动时，具有抵抗剪切变形能力的性质，称粘性。它是由于流体内部分子运动的动量输运所引起。当某流层对其相邻层发生相对位移而引起体积变形时，在流体中产生的切力（也称内摩擦力）就是这一性质的表现。由于内摩擦力，流体的部分机械能转化为热能而消失。由实验得知，在流体的二维平行直

6、线运动中，如图2-1所示，流层间的切力(内摩擦力)F的大小与流体的粘性有关，并与速度梯度和接触面积A成正比，而与接触面上的压力无关，即单位面积上的切力，即切应力τ为第一节质量传递和热量传递概述一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述图2-1壁面附近的粘性流动示意图第一节质量传递和热量传递概述一、流体流动规律*二、质量传递概述三、热量传递概述式中μ为与流体粘性有关的系数，称粘度，单位为Pa·s。流体的粘度是粘性的度量，它的值愈大，粘性的作用愈大。μ的数值随流体的种类而不同，且随流体的压强和温度而发生变化。它随压强的变化不大，一般可忽略；但随温度的改变而变化则较大

7、。对于液体来说，随着温度的升高，粘度值则减少；对于气体来说，则反之。这不难从流体的分子结构和运动学说来说明，例如，气体的分子间距较大，吸引力影响很小，根据分子运动理论，分子的动量交换率因温度升高而加剧，因而使切应力亦随之而增大。式中速度梯度，它表示速度沿垂直于速度方向y轴的变化率。关于F与τ的方向，因为它们都是成对出现的，数值相等，方向相反，所以运动较慢的流层作用于运动较快流层上的切力，其方向与运动方向相反，并使运动减慢；运动较快的流层作用于运动较慢流层上的切力，其方向则与运动方向相同，并使运动加快，如图2-1所示。第一节质量传递和热量传