环境工程第四章传递过程原理极力推荐

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1、第四章传递过程基本原理在圆板中心扎一细金属丝，吊在空气中，将圆板旋转一个角度，使金属丝扭转，然后放开——冷、热两个物体互相接触——蓝色由最初的位置慢慢散开，即蓝墨水的分子由高浓度处向低浓度处移动，经过一段时间后，杯中水的颜色趋于一致圆板以中心为轴往返旋转摆动，随着时间的推移，摆动不断衰减最终停止——动量传递热量会由热物体流向冷物体，最后使两物体的温度趋于一致——热量传递向一杯水中加入一滴蓝墨水————质量传递对于任何处于不平衡状态的体系，一定会有分布不均匀的物理量由高强度区向低强度区转移，这一过程即为传递过程。当体系中存在速度、温度和浓度梯度时，就会分别发生动量、热量和质量的传递

2、过程。动量传递是指体系中动量由高速流体层向低速流体层的转移热量传递是指热量由高温区向低温区的转移——温度差质量传递是指一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移相间的位差：压力差（反渗透）、电位差（电渗析）推动力速度差浓度差传递过程的规律是研究环境工程问题的基础。传递过程研究物理量变化速率的规律动量、热量和质量传递三者之间在传递机理、传递过程和传递结果等方面十分相似，它们不但可以用类似的数学模型描述，而且描述三者的一些物理量之间还存在着某些定量关系，这些类似关系和定量关系使研究三类传递过程的问题得以简化。传递过程的机理描述传递过程的方程传递过程的相似性第一节传递过程的机理冷、热两个

3、物体互相接触——一杯热水放在冷水中静止——蓝色由最初的位置慢慢散开，经过较长一段时间后，杯中水的颜色趋于一致热量会由热物体流向冷物体，最后使两物体的温度趋于一致向一杯水中加入一滴蓝墨水——静止——？搅动冷水和/或热水——？搅拌一下——？由分子的微观运动引起由流体微团的宏观运动引起分子传递过程只有在固体、静止流体或层流流动的流体中才会单独发生。分子传递：由分子的不规则热运动而导致的传递涡流传递：由宏观流体微团的不规则掺混运动导致的传递涡流传递在湍流中发生。在湍流运动中，流体中充满了旋涡，因此除分子传递现象外，宏观流体微团的不规则掺混运动也引起动量、热量和质量的传递，其结果使动量、热

4、量和质量的传递过程大大加剧。第二节分子传递由分子运动引起的动量传递——牛顿粘性定律由分子运动引起的热量传递——傅立叶定律由分子运动引起的质量传递——费克定律相邻两层流体速度不同——动量不同分子的热运动——动量传递一、动量传递流体层间的分子交换流体层之间分子的交换使动量从高速层向低速层传递其结果产生了阻碍流体相对运动的剪切应力——“内摩擦”特性表现出流体的粘性，不同的流体具有不同的粘性，粘性主要取决于流体本身的“内摩擦”特性粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质粘性1粘性2流体向壁面传递动量的结果，出现了壁面处的剪应力，成为壁面抑制流体流动的力——摩擦力。这是流体分

5、子微观运动的宏观表现内摩擦力作功，不断消耗流体的机械能，转化为热能而散逸——流体能量损失。流体输送过程的阻力及能量的损失－选择动力机械和确定能耗，设计搅拌和均布系统（阻力）流体的测量1．牛顿粘性定律紧贴板表面的流体与板表面之间不发生相对位移，称为无滑移流体呈层流运动微分式：——剪切应力，或单位面积上的内摩擦力，N/m2；μ——动力粘性系数，或称动力粘度，简称粘度，——垂直于流动方向的速度梯度，或称剪切变形速率，1/s。负号表示剪切应力的方向与速度梯度的方向相反。（1）牛顿粘性定律动量传递的方向动量的方向，剪应力的方向反映了流体流动时的角变形速率由于很小，因此所以，角变形速率为因此

6、，牛顿粘性定律又揭示了剪切应力与角变形速率成正比。牛顿粘性定律指出：相邻流体层之间的剪切应力，即流体流动时的内摩擦力与该处垂直于流动方向的速度梯度成正比。（2）（3）牛顿粘性定律的另一种形式2。动力粘性系数单位法向速度梯度下，由于流体粘性所引起的剪切应力的大小。是流体的物理性质粘度的影响因素粘度随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化（1）流体种类：一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。（2）压强：气体的粘度随压力的升高而增加，低密度气体和液体的粘度随压强变化较小。对常见的流体，如水、气体等,粘度随压强的变化不大，一般可忽略不计。（3）温度：是影响粘度的主要因素。当

7、温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切应力减小，所以粘度减小。气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘度值增加。水及空气在常压下的粘度3。流体分类流体的剪应力与剪切变形速率之间的关系曲线环境工程中常见到非牛顿粘性流体有泥浆、中等含固量的悬浮液等，属于粘塑性流体粘塑性流体宾汉模型解：设液层分界面上的流速为