输运现象课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《输运现象课件.ppt》由用户(ziliao2023)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 输运现象 课件
- 资源描述:
-
1、 在流动过程中,相邻质点的轨迹彼此稍在流动过程中,相邻质点的轨迹彼此稍有差别,不同流体质点的轨迹不相互混杂,有差别,不同流体质点的轨迹不相互混杂,这样的流动为这样的流动为层流层流。层流发生在流速较小时。层流发生在流速较小时.Adzduf 在相邻两层流体中,相在相邻两层流体中,相对速度较大的流体总是受到对速度较大的流体总是受到阻力,即速度较大一层流体阻力,即速度较大一层流体受到的黏性力的方向总与流受到的黏性力的方向总与流动速度方向相反,故动速度方向相反,故速度梯度:速度梯度:即流速在薄层单位间距上的增量即流速在薄层单位间距上的增量。(3.1)在单位时间内,相邻流体层之间所转移的沿在单位时间内,相
2、邻流体层之间所转移的沿流体层的定向动量为动量流流体层的定向动量为动量流 dp/dt,在单位横截在单位横截面积上转移的动量流为面积上转移的动量流为动量流密度动量流密度JP。为流体的黏度,为流体的黏度,dzduAdtdpJP(3.3)dzduAfAdzduf动量流密度动量流密度的推导的推导AdtdzdufdtAdtdzdudpdzdudtAdpJPAdzdufdzdudtAdp(3.3)旋旋 转转 黏黏 度度 计计LRG32气体的黏度气体的黏度解:解:AdzdufRRuuru0)(LRRf2fRG二、气体黏性微观机理二、气体黏性微观机理 长为长为L,半径为半径为 r 的水平的水平直圆管中,单位时间
3、流过管直圆管中,单位时间流过管道截面上的流体的体积道截面上的流体的体积 dv/dt 为为体积流率体积流率(流量)流量)P84LrdtdV 常压下气体的黏性就是由流速不同的流体层之间常压下气体的黏性就是由流速不同的流体层之间的定向动量的迁移产生的。因此,的定向动量的迁移产生的。因此,三、泊肃叶定律三、泊肃叶定律(3.4)48rLRFFRpdtdVQ(3.7)(3.8)dtdVQu例例3.2 成年人主动脉半径成年人主动脉半径 r=1.3*10-2m,试求在一段试求在一段0.2m长的主动脉中的血压降长的主动脉中的血压降p。已知:血流量。已知:血流量Q=1.00*10-4m3s-1,血液粘度血液粘度=
4、4.0*10-3pa.s344.1014.78msparLRF解:解:mmHgpaQRpF054.014.7说明在人体的主动脉中,血液的压强降是微不足道的说明在人体的主动脉中,血液的压强降是微不足道的QrLp48但当动脉半径但当动脉半径 r 减小后,流阻大减小后,流阻大大增加使得压强降将明显大增加使得压强降将明显增加。增加。vrf6四、斯托克斯定律四、斯托克斯定律 (3.9)*五、云雾的形成五、云雾的形成rvfVgmgmax6922maxgrv代入水滴半径代入水滴半径 r10-6m14max.10smv这么小的速度难以下落,于是悬浮在空中形成云雾这么小的速度难以下落,于是悬浮在空中形成云雾当水
5、滴半径 r10-3m时grVgrvf322342.0122max.1092smgrv此时,雷偌数约为此时,雷偌数约为104,斯托克斯公式,斯托克斯公式已不适合,应采用下式:已不适合,应采用下式:1max2.0msv终极速度较大下落形成雨滴终极速度较大下落形成雨滴 一、自扩散与互扩散一、自扩散与互扩散 互扩散是发生在混合气体中,自扩散是互扩散的一互扩散是发生在混合气体中,自扩散是互扩散的一种特例。它是一种使发生互扩散的两种气体分子的差异种特例。它是一种使发生互扩散的两种气体分子的差异尽量变小,使它们相互扩散的速率趋于相等的互扩散过尽量变小,使它们相互扩散的速率趋于相等的互扩散过程。例如同位素之间
6、的互扩散。程。例如同位素之间的互扩散。二、菲克定律二、菲克定律dt时间内通过面积时间内通过面积为为A的气体质量的气体质量dtAdzdDdM(3.11)dzdnDJN 上式表示单位时间内气体扩散的总质量与上式表示单位时间内气体扩散的总质量与质质量密度梯度量密度梯度的关系的关系AdzdDdtdM二、菲克定律二、菲克定律dtAdzdDdM(3-11)互扩散公式表示为互扩散公式表示为:AdzdDdtdM112 p116见表见表3.2 扩散系数扩散系数的大小表示了扩散过程的快慢,对的大小表示了扩散过程的快慢,对常常温常压温常压下的大多数气体,其值为下的大多数气体,其值为10-4-10-5m2s-1;对低
7、;对低粘度液体约为粘度液体约为10-8-10-9m2s-1;对固体则为对固体则为10-9-10-15m2s-1u若在若在压强很低压强很低时的气体的扩散与常压下时的气体的扩散与常压下的扩散的扩散完全不同,完全不同,为为克努曾扩散(分子克努曾扩散(分子扩散)。扩散)。气体透过小孔的泻流就属于气体透过小孔的泻流就属于分子扩散。分子扩散。它与流体由于空间压强不均匀所产生的它与流体由于空间压强不均匀所产生的流体流动不同,后者是由成团粒子整体流体流动不同,后者是由成团粒子整体定向定向运动运动产生。产生。扩散也向相反方向进行,因为在较高密扩散也向相反方向进行,因为在较高密度层的分子数较多,向较低密度层迁移的
8、分度层的分子数较多,向较低密度层迁移的分子数就较相反方向多。子数就较相反方向多。*解:解:设 n1,n2 为左右两容器中为左右两容器中CO 的数密度的数密度,从左边流向右边的粒子流率为从左边流向右边的粒子流率为ALnnDdtdN211AVLnnDdtdn211CO 粒子数守恒,即粒子数守恒,即021nnn01212nnnnCO 粒子数守恒,即粒子数守恒,即021nnn01212nnnnAVLnnDdtdn211dtVLDAnndn0112两侧积分,两侧积分,t=0 时时,n1(0)=n0LVDAtnntn2)(2ln001)2exp(1 21)(01LVDAtntnnkTP)2exp(1 21
9、)(01LVDAtPtP 热传导:当气体分子各处温度不同时,热传导:当气体分子各处温度不同时,由于分子无规则运动和分子间碰撞,使热由于分子无规则运动和分子间碰撞,使热量由高温处向低温处输运量由高温处向低温处输运 单位时间内通过的热量即热流单位时间内通过的热量即热流 与与温度梯度温度梯度 及横截面积及横截面积 成正比。成正比。一、傅里叶定律一、傅里叶定律 若引入热流密度若引入热流密度(单位时间内在(单位时间内在单位截面积上流过的热量),则单位截面积上流过的热量),则dzdTJTAdzdTdtdQ(3.14)固体和液体中分子的热运动形式为振动。温度固体和液体中分子的热运动形式为振动。温度高处分子振
10、动幅度大,一个分子的振动导致整个分高处分子振动幅度大,一个分子的振动导致整个分子的振动。热运动能量就借助于相互联接的分子频子的振动。热运动能量就借助于相互联接的分子频繁的振动逐层地传递开去。繁的振动逐层地传递开去。p119表表3.3各种材料的热导率各种材料的热导率*热欧姆定律热欧姆定律TTRUdtdQALALRTF 。当当流体内部存在温度梯度,出现密度梯度时,流体内部存在温度梯度,出现密度梯度时,较高温处流体的密度一般小于较低处流体的较高温处流体的密度一般小于较低处流体的密度。若密度由小到大对应的空间位置是由密度。若密度由小到大对应的空间位置是由低到高,则受重力作用流体会发生流动低到高,则受重
11、力作用流体会发生流动强迫对流是非重力驱动下传输热量的过程。强迫对流是非重力驱动下传输热量的过程。各种相应的物理量的输运方向都是倾向各种相应的物理量的输运方向都是倾向于消除物理量的不均匀性,直到这种不均匀于消除物理量的不均匀性,直到这种不均匀性消除,即梯度(性消除,即梯度(gradient)为零,输运过)为零,输运过程才停止,系统才由非平衡态到达平衡态。程才停止,系统才由非平衡态到达平衡态。微观上,在物理量不均匀的外部条件下微观上,在物理量不均匀的外部条件下所以能发生输运过程的内在原因:所以能发生输运过程的内在原因:。在分子平均速度相同的情况下,碰撞越在分子平均速度相同的情况下,碰撞越频繁,输运
12、过程进行的越缓慢。输运过程之频繁,输运过程进行的越缓慢。输运过程之所以具有一定的速率,就是分子运动和分子所以具有一定的速率,就是分子运动和分子碰撞这两方面矛盾统一的结果。碰撞这两方面矛盾统一的结果。三种输运现象的比较:三种输运现象的比较:输运的宏观量及其规律输运的宏观量及其规律黏性黏性动量动量Adtdzdudp热传导热传导AdtdzdTdQAdtdzdDdM 热量热量质量质量扩散扩散 当两分子质心间的距离减小到分子有效当两分子质心间的距离减小到分子有效直径直径d 时,便发生无穷大的斥力,以阻止分子时,便发生无穷大的斥力,以阻止分子间的接近,并使分子运动改变方向。间的接近,并使分子运动改变方向。
13、因此可以把两个分子间的这种相互作用过因此可以把两个分子间的这种相互作用过程看成是两个无引力的弹性刚球之间的碰撞。程看成是两个无引力的弹性刚球之间的碰撞。二、分子间平均碰撞频率的计算二、分子间平均碰撞频率的计算 设分子的有效直径为设分子的有效直径为d,假设,假设 A 分子分子以平均速率以平均速率 v 运动,其它分子都不动。运动,其它分子都不动。而而不象理想气体,忽略了分子本身的大小。不象理想气体,忽略了分子本身的大小。A 分子每碰撞一次,速度方向改变一次分子每碰撞一次,速度方向改变一次它的球心的轨迹为一条折线。它的球心的轨迹为一条折线。v 以一秒钟内以一秒钟内 A分子球心运动路径(折线)分子球心
14、运动路径(折线)为轴线,作一半径为为轴线,作一半径为d,总长度为,总长度为 的的圆柱体。圆柱体。tvvt 凡是球心位于管内的分子(如凡是球心位于管内的分子(如B、C、D分分子)都将在一秒钟内与子)都将在一秒钟内与A 分子进行碰撞。其中分子进行碰撞。其中,分子,分子碰撞截面碰撞截面的面积为的面积为=以一秒钟内以一秒钟内 A分子球心运动路径(折线分子球心运动路径(折线)为轴线,作一半径为)为轴线,作一半径为d,总长度为,总长度为v t 的的圆柱体。圆柱体。分子间的平均碰撞频率udt时间内时间内,A分子分子21212ddtvndtvnz 单位时间内的碰撞次数(平均碰撞频率)为单位时间内的碰撞次数(平
15、均碰撞频率)为212dvnzz 平均碰撞频率平均碰撞频率 z(collision frequency)为为单位时间内一个分子与其它分子碰撞的平均次数单位时间内一个分子与其它分子碰撞的平均次数 A 分子以分子以相对速度相对速度 v12 运动,运动,v12=vv 为气体分子的平均速率。为气体分子的平均速率。2ndz=22vmkTpZ4212dvnz(3.24)(3.25)vKTpZ222822 )1(dMRTkTpdvnZm秒次/.)(71010425100131103312854 ZPPZ秒次/1042.5)10(102827331.882731038.110013.1282103235解:解:
展开阅读全文