材料传输原理(事海芳高志玉主编)

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1、动量传输起因，以及对热量、质量传输的影响：（1）流体内部不同部位的质点或集团的流动速度不一致。（2）流动速度的不一致，必然导致动量分布不均匀。属于不平衡态，必然发生动量的交换或传递过程。（3）这样的动量传递，就会影响到热量和质量的传输过程。一、流体力学：流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。二、流体力学研究的对象——液体和气体。（1）流体概念：能够流动的物体（一般指气体或液体）。是一种质点间联系很小，质点在空间的相互位置很容易改变（即变形或流动）的物体。（2）流体包括：液体和气体；另外带有固相颗粒、液相颗粒的气体；含有固相颗粒、液相颗粒、

2、微小气泡的液体（如悬浊液、乳浊液等）。（3）流体的力学性质（与固体比较）：（A）不能传递拉力，（B）可承受压力，能够传递压力和切力，并且在压力和切力下出现流动。（流动可持续）（C）流体流动时，流速不同的相邻质点间出现位移，导致产生内摩擦力。静止流体没有内摩擦力。（4）气体和液体的区别：微观上的区别：（A）分子间距不同气体分子间距离大约是分子直径的10倍，除相互碰撞或与器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间自由移动。液体分子间距比较小。（B）运动自由程不同运动自由程——是指流体（包括：气体、液体、等离子体）的粒子在与其它粒子相继两次碰撞之间的平均行程。运动自由程是流体

3、运动的微观现象尺度，动量、能量、质量的传递、耗散和输运本质上都是分子运动的结果。宏观上的区别：液体有一定体积，有自由表面，气体充满容器，无自由表面。气体可压缩性较大。理想流体　　不考虑粘性的流体。（1）流体的压缩性：指流体四周受压时，其体积变小的特性。（2）流体的热胀性：是指流体在其本身温度提高时，其体积增大的特性。流体的粘性VxF0xV=0yYdVxdy平板间的流体速度分布与粘性力（切应力）示意牛顿粘性定律过程描述：①两无限大平行板间距很小，两板间有流体。下板静止，上板在X方向以速度Vx移动。②由粘性力引起的上、下板间流体的质点只产生x方向运动。流体各个平行层运动速

4、度在y方向上有速度梯度:dVx/dy。③流层两面上切向粘性力（切应力）可以表示为：η是动力粘度系数：流层间出现相对流速时的内摩擦特性。各物理量关系构成牛顿粘性定律（Newton,1686)牛顿粘性定律总结（1）流体产生阻力损失的根本原因：流动着的流体内部有一种抗拒内在向前流动的特性，称为粘性。由于粘性的作用使得流体内部相邻两流体层间产生作用力——内摩擦力，它是产生阻力损失的根本原因。（2）牛顿型与非牛顿型流体：剪应力与速度梯度关系完全符合牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，所有气体和多数液体都属于这一类。凡不遵循牛顿粘性定律的流体，统称为非牛顿型流体。（3）温度压力对粘

5、度的影响：压力对流体粘度影响很小，通常可忽略不计。气体：当温度t升高时，粘度增大，是气体分子运动加剧所致。液体：当温度t升高时，粘度降低，是液体间分子间作用力减小所致。（4）牛顿粘性定律说明:流体在流动过程中流体层间所产生的剪应力与法向速度梯度成正比，与压力无关。流体的这一规律与固体表面的摩擦力规律不同。流体出现粘性的原因分析：（1）分子间内聚力（引力）所引起。（2）流体分子的垂直流动方向热运动（出现动量交换）所引起。（3）液态流体出现粘性以分子间内聚力为主，而且液体粘度随温度升高而减小。因为温度升高导致分子间距增大，分子间引力减小。（4）气态流体出现粘性以“垂直流动

6、方向热运动”为主，且气体粘度随温度升高而增大。因为温度升高导致分子热运动增强。流体粘度与压力的关系：气体：压力对粘度影响不大，可以不计。液体：压力变化较小（<5MPa）时，对粘度的影响可以不计例：汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的动力粘度系数η=0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力F。理想流体、牛顿流体、非牛顿流体理想流体：是一种理想化的模型，无摩擦力，没有粘滞性，不可压缩的的流体，称为理想流体。液体不容易被压缩，在不太精确的研究中，可以认为是理想流体。研究气体时，如果气体的密度没有

7、明显变化，也可以认为是理想流体。理想流体没有粘滞性，流体在流动中机械能不会转化为内能。层流概念：液体沿管轴方向流动时，流束之间或流体层与层之间彼此不相混杂，质点没有径向的运动，都保持各自的流线运动。这种流动状态，称为“层流运动”。紊流概念：管中流速再稍增加，或有其它外部干扰振动，则有色液体将破裂、混杂成为一种紊乱状态。这种运动状态，称为“紊流运动”。层流与紊流由什么决定？层流与紊流的形成，是由流体质点流动时的惯性力和所受粘性力的比值决定的。粘性力大——层流。由于粘滞性的存在，在管道中流动的流体自然出现分层流动，各流体层只作相对滑动而彼此不相混合。惯性