气体扩散系数课件.ppt

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1、非平衡态：系统各部分物理性质(如流速、温度、密度)不均匀。系统从非平衡态自发向平衡态(物理性质均匀)过渡的过程。近平衡态的非平衡态本章概述：输运过程的宏观规律、微观分析包括：内摩擦（黏性）；热传导；扩散现象输运过程：第三章输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论1第三章输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论一、黏性现象的宏观规律二、扩散现象的宏观规律三、热传导现象的宏观规律四、对流传热五、气体分子平均自由程六、气体输运系数的导出七、稀薄气体中的输运过程2（一）层流与牛顿黏性定律一、黏性现象的宏观规律层流：在流动过程中，相邻质点的轨迹线彼此仅稍有差别，

2、不同流体质点的轨迹线不相互混杂条件：流速较小，更确切说是雷诺数较小湍流：流体的不规则运动条件：雷诺数较大1、层流/湍流（P106）3（一）层流与牛顿黏性定律2、稳恒层流中的黏性现象（内摩檫现象）一、黏性现象的宏观规律流体作层流时，通过任一平行于流速的截面两侧的相邻两层流体上作用有一对阻止它们相对“滑动”的切向作用力与反作用力，使流动较快的一层流体减速，流动较慢的一层流体加速。这种力称为黏性力（内摩擦力）最后，各层流体的流速不再随时间变化。（P108图3.2）4（一）层流与牛顿黏性定律3、牛顿黏性定律（P109）各量含义：u：流体速度（分子的定向运动

3、速度）du/dz：速度梯度，稳恒层流中处处相等A：切向面积负号：相对速度较大的流体总是受到阻力5（一）层流与牛顿黏性定律3、牛顿黏性定律（P109）η：黏度（黏性系数）黏度与流体的流动性质、温度有关。数量级（P110表3.1）：空气，常温10-5；水，10-3，单位：帕斯卡秒（Pa.s）1Pa.s=1N.s.m-2=1Kg.m-1.s-16（一）层流与牛顿黏性定律4、非牛顿流体（P111）（1）其速度梯度与互相垂直的黏性力间不呈线性函数关系，如血液、泥浆、橡胶等。（2）其黏性系数会随着时间而变的，如：油漆等凝胶物质。（3）对形变具有部分弹性恢复作用

4、，如沥青等黏弹性物质。7（一）层流与牛顿黏性定律5、气体黏性微观机理（P111）常压下气体的黏性是由说明：注意条件A、压强非常低的气体（克努曾气体）黏性的微观机理：气体分子与器壁碰撞时动量变化。B、液体黏性的微观机理：液体分子受到所在单元其它分子作用力的束缚。流速不同的流体层之间的定向动量的迁移产生的。8（一）层流与牛顿黏性定律6、切向动量流密度（P110）动量流dp/dt：单位时间内，相邻流体层之间所转移的沿流体层切向的定向动量动量流密度Jp：单位面积上转移的动量流9解：外桶的线速度夹层流体的速度梯度MBAR+δωLR黏性力对扭丝作用的合力矩：所

5、以，气体的黏度为：(P110例题3.1)旋转黏度计：利用牛顿黏性定律测定气体的黏度10（二）泊萧叶定律与管道流阻1、泊萧叶定律（P112）各量含义：体积流率dV/dt：单位时间内流过管道截面上的流体体积。r：圆管半径L：圆管长度Δp：管子两端的压强差η：流体的黏度对水平直圆管，当不可压缩的黏性流体在管内的流动呈层流时，有如下关系：11（二）泊萧叶定律与管道流阻2、管道流阻（P113）与电阻类似，也有串并联公式12例题：P113例题3.213（三）斯托克斯定律（P114）物体在黏性流体中运动，各量含义：R：球半径υ：球相对流体的速度η：流体的黏度应用

6、：云雾和雨？？说明：当雷诺数比1大时，阻力与黏度无关。若物体是球形的，且流体的雷诺数远小于1，则球体所受阻力：141、扩散（P114）二、扩散现象的宏观规律无外场时，当物质中粒子数密度不均匀时，由于分子的热运动使粒子从数密度高的地方迁移到数密度低的地方的现象。152、菲克定律（P115）在一维（如z方向扩散的）扩散的（1855年，法国，生理学家）粒子流密度JN与粒子数密度梯度dn/dz成正比。JN：粒子流密度，单位时间内单位截面上扩散的粒子数各量含义：dn/dz：粒子数密度梯度16负号：粒子向粒子数减少的方向扩散D：扩散系数，表征扩散过程的快慢单位

7、：m2.s-1数量级（P116表3.2）：常温常压下大多数气体，10-4—10-5m2.s-1；低黏度液体约为10-8—10-9m2.s-1；固体约为10-9—10-15m2.s-117推论：若在与扩散方向垂直的流体截面上的JN处处相等，则单位时间内扩散的总质量：183、气体扩散的微观机理（P117）是在无外场且存在同种粒子的粒子数密度空间不均匀性的情况下，由于分子热运动所产生的宏观粒子迁移或质量迁移。注意：与压强不均匀产生的流动的区别19应用：（P117）如：呼吸树叶的水分散失数据：水汽扩散系数气孔截面积气孔长度一片树叶气孔数菲克定律在物理、化学

8、、生物中应用广泛。201、傅立叶定律（P119）三、热传导现象的宏观规律若热量沿一维流动，（1822年，法国）各量含义：：