傳輸過程:物理量從非平衡態向平衡轉移的過程。
動量傳輸:在垂直於流體實際流動的方向上,動量由高速度區向低速度區的轉移。
熱量傳輸:熱量由高溫度區向低溫度區的轉移。
質量傳輸:物係中乙個或幾個之組分由高濃度區向低濃度區的轉移。
產生的原因:系統內部分別存在速度,溫度和濃度梯度。
研究的方法:理論分析,數值計算,實驗總結。
連續介質模型的目的:將反映巨集觀物體的各種物理量視為空間座標的連續函式,可引用連續函式的解析方法來研究流體處於平衡和運動狀態下的各物理引數間的數量關係。
第一篇動量傳輸
流體及其特性(指液體與氣體的共性與區別):能夠自由流動的物體,統稱流體,如液體和氣體。
共同特徵:
1、分子間的引力較小
2、只能承受壓力,不能承受拉力和切力
3、對緩慢變形不顯示阻力,因此不存在靜摩擦力
區別:液體:具有一定體積;有自由表面;不可壓縮
氣體:體積不定;無自由表面;可以壓縮
粘性及其影響因素(溫度、壓力分別對液體、氣體的影響):
流體的粘性:倆相鄰流體層發生相對運動時,在其接觸面上存在一對等值反向的作用力,即快層對慢層的拖動力和慢層對快層的阻力(內摩擦力),流體的這種性質稱流體的粘性。
溫度:液體:隨溫度的公升高,粘性下降;
氣體:隨溫度的公升高,粘度上公升;
壓力:都公升高
質量力與表面力
1、作用於流體的質點或微元體的質量中心上,且與質量成正比的力。
2、作用於流體或分離體的表面上,且與表面積成正比的力。
靜壓力及其特性:外部流體作用於流體內部質點上所產生的壓力稱為流體的靜壓力。總是沿作用面的內法線方向:大小與方位無關;
等壓面及其特性:靜止流體中壓力相等的各點組成的面(平面或曲線)
1、作用於靜止流體中的任意一點的質量力必然垂直於通過該點的等壓面;
2、兩種流體處於平衡狀態(靜止)時,其相互接觸且互不相混的流體的分介面必然是等壓面;
3、流體只受重力作用時,等壓面為平面;當有其他質量力存在時,等壓面才可能是曲面。
絕壓,表壓,真空度:
絕對壓,或稱為真實壓,是以絕對零壓為起點計算的壓強。或真空為起點計算的壓強。絕對壓強,簡稱絕壓。
表壓強,簡稱表壓,是指以當時當地大氣壓為起點計算的壓強。當所測量的系統的壓強等於當時當地的大氣壓時,壓強表的指標指零。即表壓為零。
真空度,當被測量的系統的絕對壓強小於當時當地的大氣壓時,當時當地的大氣壓與系統絕對壓之差,稱為真空度。此時所用的測壓儀表稱為真空表。
總壓力:解決平面、曲面上液體壓力問題;(壓力體概念)
流場、流線與跡線、穩定流與非穩定流:
流場:充滿運動流體的「空間」
流線:流場中流體質點的速度向量所構成的連線
跡線:流場中流體質點在一段時間內運動的軌跡
穩定流:運動引數之與位置有關,與時間無關
非穩定流:運動引數不僅與位置有關,而且與時間也有關
層流、紊流及其特點,層流如何向紊流轉變?
1、流體質點在流動方向上做分層流動,各層之間互不干擾和摻混,流線呈平行狀態的流動,條件:流體速度很慢;流體的粘性力較大。
2、流體流動時,各質點在不同方向上做複雜的無規則運動,互相干擾的向前運動。
層流向紊流的轉變:增加速度、提高流體密度、降低流體粘度、增大管子的直徑。
溼周、水力半徑:
1、在有效截面上,流體同固體邊界接觸部分的周長。
2、總流的有效截面積與溼周只比稱為水力半徑。
動量、動量率、動量通量;動量梯度及傳遞方向
動量通量:單位時間內通過單位面積所傳遞的動量,相當於單位面積的作用力。
粘性動量通量:單位時間通過單位面積所傳遞的粘性動量,即單位面積上的粘性力(切應力)
壓力體:
1、受壓曲面本身。
2、自由液面或液面的延長面
3、通過曲面的四個邊緣向液面或液面的延長面所做的鉛錘平面。
粘性動量通量與對流動量通量的區別與聯絡:
1、具有一定質量的流體流動時,動量沿流動方向進行傳輸。
2、流體流動時,由於速度梯度的存在而產生的垂直於流動方向的動量傳輸。
充分發展的流動:
邊界層與層流底層的區別與聯絡:
1、當v=0.99v0處到固體壁面間的距離(根據速度梯度劃分)
2、邊界層最靠近壁面始終做層流流動的一層(根據有無脈動想象劃分)
3、層流底層屬於邊界層的一部分。
水力光滑管與水力粗糙管:
1、粗糙的管壁淹沒於邊界層中,則稱為水力光滑管
2、粗糙的管壁高於邊界層,則稱為水力粗糙管
摩擦阻力損失及影響因素;區域性阻力損失:
1、通常指流體流經等徑直管時,由於流體之間和流體與固體壁面之間流動摩擦而產生的阻力損失,(緩變流)影響因素:流體流動阻力的大小與流體的性質、流動形態、管道的壁面情況及尺寸等因素有關.
2、通常指流體流經彎頭,閘閥、三通管及變徑管時,由於流體的流向和流速發生變化而產生的阻力損失。
自由射流的概念及形成條件
流體離開固體邊界而在足夠大的空間中與其同類或不同類流體中的擴散運動,稱為射流。
自由射流,半限制射流和限制射流:
當流體自噴嘴流入到無限大的自由空間中時稱為自由射流。
形成自由射流必須具備的兩個條件:
1、周圍靜止的介質是物理性質(溫度及密度等)與射流流體完全相同。
2、空間中介質是靜止不動的,且在射流流動過程中不受任何固體或液體表面的限制。
第二篇熱量傳輸
熱量傳輸的三種方式:
1、導熱:依靠物體中微觀粒子(分子,原子,電子)的運動進行熱量傳遞。發生在同一物體的不同部分之間或彼此相接觸的兩種物體的接觸面上。
2、對流:流體各部分之間發生相對位移,或當流體流過一固態物體表面時引起的熱量傳遞,稱為對流換熱。有自然換熱、強迫換熱。
3、熱輻射:由於熱的原因而產生的電磁波的能量傳遞過程。
傳熱速率,傳熱系數的概念及表示式:
傳熱速率q—單位時間內通過單位截面的熱量;—反映不同物質傳熱的能力;其值越大,傳熱過程越劇烈;傳熱系數;
溫度場、等溫面及溫度梯度:
溫度場:傳熱體系中,溫度在空間和時間上的分布情況。
等溫面:在某一瞬間,溫度場中溫度相同的各點所組成的面(線)。
溫度梯度:溫度場中任意一點沿等溫線法線方向的溫度增加率。
熱導率及其影響因素:熱導率,指當溫度變化率為1時的熱量,又稱為導熱係數。
影響因素:
固體:材料、溫度、密度、方向性。(金屬隨溫度的公升高而下降,非金屬隨溫度的公升高而下降)
液體 :材料、溫度、壓力。(隨溫度的公升高而公升高,部分相反)
氣體:正比於溫度的?次方。
導熱微分方程的物理意義:
,表示物體被加熱
表示物體被冷卻
表示物體具有穩態溫度場
熱阻與接觸熱阻:
熱阻熱轉移過程的阻力
影響因素:1.各個接觸面上的粗糙度越大,則熱阻越大;
2.流體的物理性質
3.接觸壓力,接觸壓力越大則熱阻越小。
接觸熱阻:接觸介面產生的熱阻。
影響因素:粗糙度,擠壓壓力材料硬度及其匹配情況、空隙介質
穩態導熱與非穩態導熱及其工程例項(非穩態導熱的三個階段)
穩態導熱:導熱物體內溫度場不隨時間變化的導熱過程為穩態導熱過程。無限大平板,無限大圓柱
非穩態導熱:導熱物體內溫度場隨時間變化的導熱過程為非穩態導熱過程,在過程中的進行中物體內各處的溫度是隨時間變化的,熱流量也是變化的。這反映了傳熱過程中物體內的能量隨時間的改變;
有週期性的非穩態導熱過程和非週期性的非穩態導熱過程
非穩態導熱的三個階段:
1、不規則情況階段:溫度變化從邊界面逐漸深入到物體內,溫度分布受初始溫度分布的影響很大。
2、正常情況階段:初始溫度分布影響消失,物體內各處溫度隨時間的變化率具有一定的規律
3、建立新的穩態階段:溫度分布不再隨時間變化
過余溫度與諾莫圖:
過余溫度:在時間t時,物體中任一點的溫度與周圍介質的溫度之差,
諾莫圖定義:用分離變數法建立的非穩態導熱的溫度計算圖。
對流換熱及型別、影響因素;對流傳熱系數:
當流體流過固體表面時。流體域表面之間發生的傳熱過程稱為對流換熱。
分類:自然對流換熱:流體的流動有無物體冷熱部分的密度不同而引起
強制對流換熱;流體的流動是由於水幫浦,風機或其他外在能量的作用所造成。
影響因素:1、形成流體流動的因素
2.流動的性質
3.表面幾何特徵
4.流體的物理特徵
對流傳熱系數:每單位面積,單位時間和單位溫度差的對流傳熱量。
熱邊界與速度邊界層的關係:若流體流過一平面(或固體壁面),在靠近平面附近會有一層具有速度梯度的速度邊界層;當流體與平面之間發生對流換熱時,在靠近平面附近也會形成具有溫度梯度的溫度邊界層(或稱熱邊界層)。
完全發展的溫度分布的概念:恆室溫,恆熱流,離開管子一段時間距離後,當截面無量綱溫度分布不在變化時,溫度分布稱為「完全發展的溫度分布」。
普朗特數、努塞爾數及斯坦頓數的定義
當即當時,溫度分布曲線正好與相應的速度分布曲線相同,故調整普朗特數就能控制溫度分布與速度分布相似
熱輻射及特點:
1、輻射可以在真空中進行。
2、在輻射過程中能量的轉換伴隨著
3、在同一溫度下,不同物體的輻射(或吸收)的能力不同。
黑體,白體,透明體;
吸收率的物體,稱為絕對黑體
發射率的物體,稱為鏡體,如為漫反射則稱為絕對白體
穿透率的物體,稱為絕對透明體
穿透率,吸收率,反射率與發射率;
——吸收率
——發射率
——穿透率
實際熱輻射體的總輻射照度只是黑體總輻射照度的某個分數,這個分數稱為發射率(輻射率、黑度)以表示。
輻射照度,單色輻射照度、基爾霍夫定律
輻射照度:單位時間內單位面積向半球空間所有方向發射的全部波長的輻射能的總量。輻射照度表徵了物體發射輻射能本領的大小。
單色輻射照度:指在單位時間內單位表面積向半球空間所有方向發射的某一特定波長的能量。
在體系處於熱平衡狀態時,任何物體的輻射照度和吸收率的比值恆等於溫度下黑體的輻射照度,並且只和溫度有關。
1、物體的輻射照度增大,增大;(善於輻射的物體必善於吸收)
2、因所有的實際物體的<1,故,同溫度下黑體的輻射照度為最大。
第三篇質量傳輸
擴散傳質:由於濃度差存在,依靠分子運動引起的質量傳輸,在靜止介質或層流流動的流體中進行;分子的擴散運動。
對流傳質:流動體系中,由流體質點的巨集觀運動而引起的物質傳遞過程,在紊流中進行,旋渦混合微團移動。
擴散係數:恆溫恆壓下擴散組分濃度梯度為1時的擴散流率。
濃度定義及表示方法:濃度指單位體積所含某組份的數量。表示方法:1.質量濃度(kg/m3) 2.物質的量濃度(mol/m3)
菲克第一定律:單位時間內通過垂直於擴散方向的單位截面積的擴散物質流量(擴散通量)與該截面處的濃度梯度成正比。
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