传递现象导论
传递现象.ppt
传递现象－非恒稳态传递过程
2. 在确定了微分方程后，对于每一特例，必须确定相应的初始 条件或边界条件才能得到正确的解。
本例中， 边界条件为：z＝0，cB＝c0； z＝，cB＝0
c 解此方程可得： B
c0 (1 erf )
z
4Dt
erf为误差函数 erf 2 e 2 d
0
传递现象－非恒稳态传递过程
传递现象－讨论
3. 牛顿冷却定律
q H T边界－T环境
物体冷却时放出的热通量q 与物体边界与环 境的温度差成正比
传递现象－非恒稳态传递过程
设有一半无限平板型膜，一面维持恒定的浓度c0，另一面延 伸至无穷，初始时刻，膜内各处浓度均为0，求不同时间膜内 浓度的分布。
建立微分方程如下：
1. 首先选取适当微体 积元进行分析，本例 中,选取距离为z，厚 度为dz的微体积元 Asdz进行物料衡算 该微元在dt时间内的流入、流出和积累分别为：
（1）
则上下两池的浓度随时间变化为：
dcB上 jB As ,
dt
V上
dcB下 jB As dt V下
d cB下 cB上
dt
jB As V上1 V下1
将（1）式代入
d cB下 cB上
dt
DBA
As l
V上1 V下1
(cB下 cB上 )
传递性质的实验测定
d cB下 cB上
热传导（Thermal Conduction） －－热量传递
传递现象－粘滞性（Viscosity）
粘滞性（Viscosity） －－动量传递
传递现象 （Transport Phenomenon）
总结：
1. 从微观成因看，物质传递、热量传递和动量 传递都是由于分子的无规则热运动引起的， 是大量分子热运动的统计平均行为。为与因 流体整体运动引起的传递相区分，我们称上 述三种传递现象为分子传递现象
新 书 目 录 及 简 介
无机化学
物理化学
无机化学简明教程
化学工程与工艺专业实验
应用化学基础
机械力化学
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化工工艺基础（二版）
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个核心，以电位与电导分析法、气相色谱分析法、高效液相色谱法、紫外可见光光 度法、原子吸收分光光度法、红外光谱法为重点，系统地讲述了包括电解与库仑分 析法、质谱法、核磁共振光谱法和仪器联用分析技术等各类仪器分析方法的原理、 仪器结构及其使用与维护、实验分析技术及其在生产实践中的应用。
元素化学反应速查手册:本书是一本元素化学反应的工具书，主要内容为元
素单质的化学反应，包含反应近13000条，数据覆盖量大，来源渠道多，同时对反 应的说明简单在确切。
化工工艺基础：本书是根据国家有关标准，结合化工企业的要求编写的。内
容包括化工基础原料、化工生产工艺过程管理、工艺过程的分析与组织、化工基本 计算、典型基本化工产品生产等。
化学过程工艺学：本书以化学加工过程中的共性特点进行综合分类。分别对
固、液、气相间物质的转化过程和工业处理手段进行了分析和阐述，特别考虑了 工艺核心反应过程中相间的变化特点和相应的分离过程，通过典型的工业实例介 绍了热力学分析、动力学分析、物料及热量衡算、工艺分析、流程组装等基本理 论和技术手段，以及对加工对象进行处理的基本技巧和方法。
新书目录及简介
信息中心
2009.5
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化工实习
物理化学
化工产品手册：无机化工原料 应用物理化学
第一章 传递现象基础
该假定的前提：分子平均自由程＞ ＞分子间距。 连续介质的概念来自数学，实验证明这个假定对
于绝大多数的流体力学问题和传递过程是成立的。
但对于高空非常稀薄的大气来说，由于此时空气
分子之间的距离很大、与分子自由程差不多，因 此这个假定不再成立。
3/14/2013 第2章 传递导论-34 13
3、研究传递过程问题的尺度
（图中虚线），在过程中没有物质交换（质量不 变）。 图b 是流体流动过程的研究，使得识别一个特殊 的系统成为十分困难的事。 因此选一个固定空间（区域）则较为方便，故选 控制体法。其控制面为：喷嘴内侧，如图b中虚线。
3/14/2013 第2章 传递导论-34 20
5、场的概念
定义：在给定空间区域，每一空间点的物理量与
在此基础上认为：流体是由无穷多个、无
穷小的、紧密毗邻的、连绵不断的流体微 团组成的连续介质。
3/14/2013 第2章 传递导论-34 12
这就是所谓的连续介质假定：流体是连续的，流
体的物理量是空间的连续函数。 流体的最小构成单元？
该假定的好处：将各种物理量看做是连续函数，
避免了流体分子无规则热运动的复杂性（？）， 可以利用各种数学工具来处理传递问题。
U
A
udA V A A
25
3/14/2013
第2章 传递导论-34
流体以平均速度沿截面作均匀流动代替沿截面有 速度分布的实际流动，当用U进行某些工程运算时， 如动量、动能等，将会产生偏差。 了解速度分布是研究热量传递、质量传递以及工 程上为提高过程效率、强化化工过程的基础。 依据速度分布计算速度梯度又是计算某些工程物 理量如流动阻力等的主要途径。 因此，速度分布将是本课程的一个重要内容。
“传递现象”课程教学感想-精品文档
“传递现象”课程教学感想1引言动量、热量和质量的传递现象 , 在自然界和工程技术领域中是普遍存在的。
在历史上 , 大多数工程专业都开设动量传递 ( 流体力学 ) 和热量传递 ( 传热学 ) 课程 , 而质量传递课程的开设仅限于化工专业。
但是近年来 , 许多工程领域 , 例如生化工程、环境工程、动力机械工程、冶金工程等对于气体、液体和固体的传递过程的研究兴趣也日益增大。
因此 , 目前许多专业都分别开设动量传递、热量传递、质量传递这三门课程。
然而 , 对于学生来说 , 分别学习这三门课程时 , 往往难于理解上述三种传递过程之间的内在联系 , 应该说这是一个很大的缺陷。
基于这种考虑 ,1960 年,R.B. Bird 等人在《传递现象》(Transport Phenomena) 一书中对这三种传递现象用统一的方法进行讨论 , 力图阐明这三种传递过程之间在定性和定量描述以及计算上的相似性。
这对于学生更深入理解传递过程的机理是十分有益的。
自此 , “传递现象”这门课程越来越受到人们的重视 , 它也成为许多工程专业必修的专业基础课。
目前 , “传递现象”是国内外化学工程专业研究生最重要的学位课程之一 , 主要介绍传统的化工生产中各个单元过程理论 ( 动量传递、热量传递、质量传递 ) 。
课程教学的任务是在大学化工原理 ( 或传递过程与单元操作) 课程的基础上, 通过课程学习使学生理解动量传递、热量传递和质量传递的基本原理以及三者之间的密切联系 , 掌握建立、求解化工传递过程数学模型基本方法 , 提高学生分析问题、解决问题的能力。
具体目的和要求如下 :1.1 正确理解动量、热量、质量传递过程的有关基本概念 , 系统掌握研究上述三种传递过程的基本方法 , 如运用微元体积法和矢量方程分析传递过程并建立数学模型 ;1.2 掌握传递方程的基本求解方法 , 如分离变量法、变量置换法、Laplace 变换法以及数值解法 , 为化工传递过程的分析与求解奠定基础;1.3 掌握运用“三传”理论分析求解流体流动阻力、传热系数及传质系数的基本方法 , 充分理解“三传”现象的类似性 ;1.4 深入了解各传递过程的机理, 这对于改善各类传递过程和设备的设计、操作和控制过程十分重要;1.5 为其他科研提供理论基础。
传递现象 Transport phenomenon Lesson 19 - Energy Transport by Radiation (3)
The maximum air temperature for frosting Physical picture
Example 16.5-3
For a poorly heat-conducting surface placed in outdoor surroundings, heat is transported mainly in two ways: convective transport between air and the surface, radiation transport between the surface and the sky. In an autumn night, the air is very clear and transparent, so the sky means the outer space.
Q12 F12 A1e1T14 A1e1T14
(16.5-1)
(16.5-2)
Q21 F21 A2a1T A1a1T
4 2
4 2
§16.5 Radiation between Non-Black Bodies (3)
Since e1 and a1 may depend on the frequency distribution of radiation, we have e1 = e1 (T1) in Eq.(16.5-1) and a1 = a1 (T2) in Eq.(16.5-2) . The net radiation from ‘ 1’ to ‘ 2’ is
4 1
and inserting it into Eq.(*1) gives
传递现象导论
《传递过程导论》教学提要及讲稿课程名称：传递过程导论课程性质：专业必修课学时/学分：24/1.5 一．课程概况“传递现象”作为化学工程学发展的标志，在上世纪50年代末、60年代初出现以来，一直是化学工程专业的重点课程，它体现化学工程专业的培养目标、特点、潜能。
传递现象是“充分发展的、有突出应用的物理学分支，跨越应用科学的诸多领域”。
其目的在于：理解工程学、农学、气象学、生物学、分析化学、材料科学、药学等方面的诸多过程。
上世纪80年代后，传递过程与热力学、电磁学、力学一样逐渐成为工科专业的公共课程和技术基础课程。
传递现象研究的对象是实际工程问题，而其解决问题的方法又有着不同于专业应用技术，其特点是，比基础课程（高等数学、大学物理等）更接近实际应用，比专业应用技术课程（化工原理等）更深刻理解现象本质。
二．教学目标1．以自然现象和工程问题中的传递现象为研究对象，以“一维”传递现象为基础，通过物理分析，进行衡算，建立方程，解析计算，并运用解析结论来解释现象和解决工程问题。
通过多次重复“简化过程，建立方程”，引导学生实践“从物理到数学”，培养学生分析、处理和解决工程问题的思维方式和学习方法。
2．加强实验方法教学，理论—实验—工程，让学生体会“理论联系实际”，培养学生建立工程观。
3．对动量、热量和质量传递之间的类似问题进行对比，培养学生创新意识。
三．教学内容前言传递现象？第一章分子传递现象1.1你了解流体吗？1.1.1基本假定—连续介质模型，1.1.2流体受力，1.1.3流体流动1.2分子传递机理1.2.1牛顿粘性定律，1.2.2傅立叶导热定律，1.2.3费克扩散定律1.3类似现象第二章有限控制体分析—守恒原理2.1质量守恒2.2机械能守恒2.3动量守恒第三章动量传递3.1流动状态—层流与湍流3.1.1雷诺试验，3.1.2流动状态的判别—雷诺数Re3.2管内层流3.2.1管内层流速度分布—抛物线分布，3.2.2管道沿程阻力—压降3.3研究流体流动的实验方法3.3.1流场显示，3.3.2速度测试，3.3.3量纲分析3.4湍流理论3.4.1湍流特性，3.4.2时均模型，3.4.3壁面湍流速度分布，3.4.4圆管湍流压降3.5边界层理论3.5.1概念和特点，3.5.2平板边界层阻力，3.5.3圆管进口段，3.5.4绕球边界层分离3.6绕流阻力—阻力系数3.6.1阻力机理，3.6.2阻力系数，3.6.3减阻第四章热量传递4.1传热机理 4.1.1热传导，4.1.2热对流，4.1.3热辐射4.2管内层流换热4.3间壁式换热器4.4绕流传热 4.4.1传热边界层，4.4.2绕圆柱传热，4.4.3小球传热第五章质量传递5.1质量与热量传递现象类似5.2对流传质5.3质量传递的特点四．教学方法1．课堂教学：启发式教学。
传递现象导论第二版课程设计
传递现象导论第二版课程设计一、课程简介传递现象导论是一门探究信息传递过程的学科，具有广泛的应用领域。
本课程旨在引导学生了解信息传递的过程、原理和应用，同时强调数学方法在这一领域的作用。
通过课程学习，学生将能够运用所学知识解决实际问题。
二、教学目标1.学习信息传递的基本概念和过程2.学习数学方法在信息传递领域的应用3.了解信息传递在实际应用中的重要性和意义4.能够运用所学知识解决实际问题三、教学内容第一章：信息的概念和表示1.1 信息的基本概念和种类 1.2 信息的表示方法 1.3 信息的传递过程第二章：信源和信道2.1 信源和信源编码 2.2 信道和信道编码 2.3 噪声和信噪比第三章：信息传输速率3.1 信息传输速率定义 3.2 香农定理 3.3 能量谱密度第四章：调制和多路复用4.1 基本信号的调制 4.2 FM和PM调制 4.3 调幅和调频多路复用第五章：数字通信5.1 数字信号的生成和表示 5.2 采样和量化 5.3 基带信号的编码和调制四、教学方法本课程采用理论教学和案例分析相结合的教学方法。
教师将以PPT为主要教学工具向学生讲授课程内容，同时将结合实例分析让学生更好地理解和掌握所学知识。
课后将有相关习题作业和讨论，以检验学生对知识点的理解和掌握情况。
五、教学评估教学评估将从课堂表现、习题作业、小组讨论和期末考试等方面进行。
其中，期末考试占总评成绩的50%，习题作业和小组讨论各占25%。
学生需要在期末考试中达到60分以上才能获得课程学分。
六、参考书目1.王飞. 《传递现象导论》. 清华大学出版社, 2017.2.陈刚, 周伟华. 《通信原理》. 电子工业出版社, 2018.3.高峰. 《数字通信》. 机械工业出版社, 2019.。
传递导论第三章
对脉动 u
用统计方法描述
u ui
0
__ 2 i
ux ux u x
u 1 u 2 x x u
___ 2 x1 ________
湍流强度 I
相关系数 R y
u
___ 2 x2
湍流尺度 L R y dy
对时均 u
雷诺应力
用唯象理论描述
t yx
第三章 动量传递
3.1 流动状态—层流与湍流
3.1.1 雷诺试验
层流 分子传递 抛物面
U 1 = umax 2
湍流 涡流传递 对数
U 0.8 umax
3.1.2 流动状态的判别—雷诺数Re
流体密度 特征尺度 特征速度 判据： Re 流体粘度
DU DU 对圆管流动： Re
层流：Le≈100D
湍流汇交，湍流
湍流：Le≈50D
3.5.4 绕球边界层分离
边界层分离条件
层流边界层分离
失速
du x dy
0
y0
湍流边界层分离
3.6 绕流阻力—阻力系数
3.6.1 阻力机理
τ 摩擦阻力 DF ；与接触面有关。
p 压差（形体）阻力 Dp；与形状有关。 两者相对大小取决于：
3.5 边界层理论
3.5.1 概念和特点
1904年，普朗特提出“边界层”概念
流体区域以99%U 作为边界，内层区为粘性流体 ux，外层区为理想流体U。
特点
①. 慢：边界层内 ux < U0 ，壁面 ux = 0 。 ②. 薄：δ<< x 。
dux ③. 陡： 很大。 dy ④. 增：x↑，δ↑。
L1 p U 2 D2
传递过程导论-20198
质量通量 扩散系数 质量浓度
m
q J2 y s k d d T y C k Pdd C y P T ma 2 /sd d C y P T m J
3
热量通量
导温系数 热量浓度
y x d d u y x d d y u x d d y u x
忽略高阶小量，得
dJAr 2JAr
dr
r
积分
J Ar
C1 r2
代费克定律
JAr
DAB
dCA dr
得
DAB
dCA dr
C1 r2
再积分
CA
C1 r
C2
边界条件 rrrr00,,
CA CA0 CA CAW
（CA0、CAW 恒定）
薄膜内浓度分布
CA CA0
解： 1.48 查误差函数表得 erf0.9633
氧浓度为 C A4.0110-5k m ol/m 3
例1-7 缓释药片的扩散速率
在药粒外包覆一层薄膜, 药物以分子扩散方式通过薄膜, 实现缓释作用。
CAddCrArr0 JAr MA
根据质量守恒原理
4r 2 J A r 4r d r 2 J A r d J A r
负号表明热量由高温传向低温。
例1-3 玻璃窗散热
平壁玻璃内的温度分布
T T0 x
T1 T0
通过平壁玻璃的导热速率
Qx qxAkAddTx T0T1
kA
对多层串联复合平壁
T0
T1
Q
1
k1A
T1
传递现象导论 课后答案
dT 95 15 3200o C/m dy 0.025
通过壁面传热量，由式（1-37）得
q y k
dT 45 3200 144000J/m2 s dy
上式中负号表示传热方向与温度梯度相反。 假定通过壁面传热量相同，铜板的温度梯度
qy dT 144000 382o C/m dy k 377
4
Re
流动为层流，计算正确。 3-7.293K 及 1atm 下的空气以 30.48m/s 速度流过一光滑平板。试计算在距离前缘多远处边界 层流动由层流转变为湍流，以及流至 1m 处时边界层的厚度。 解：查附录一得空气的粘度 μ=0.01813× 10-3Pa· s，密度 ρ=1.205kg/m3。 沿平板流动，临界雷诺数 Rexc ，则由式（3-1）得
2
h d3 hV hd 400 0.7 103 Bi 6 2 2.33 103 0.1 kA k d 6k 6 20
可用集总参数法计算，由式（1-79）求解。
T Tf T0 T f
e
hA
CPV
t
e
6h
CP d
t
代入数据
t 199 200 3 e 85004000.710 25 200 6400
1-11.对正在加热中的钢板，其尺寸长× 宽× 厚为 1.5m× 0.5m× 0.025m，两侧温度分别为 15℃和 95℃，试求温度梯度。如果改为铜板和不锈钢板，假定通过壁面传热量相同，则温度梯度又 将如何变化。 解：查附录三得热导率 k：钢 45W/m· ℃，铜 377W/m· ℃，不锈钢 16W/m· ℃。 根据题意，假定钢板内温度沿厚度呈线性分布，有温度梯度
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研究动量、热量和质量传递的机理和传递规律，不但可以为
化工过程提供数学模型，还可以从理论上计算传递过程的速
率。这对于化工过程和设备的开发、设计和优化起着非常重
要的作用。另一方面，从过程发生的速率角度对动量、热量
和质量传递现象进行综合分析，还可以发现三类传递现象之
间的类似性和本质上的一致性。
14:29
4
总之一句话，这门课程既有用，又很难！
14:29
8
六、本课程的学习方法
1. 与其它相关课程结合起来学习，以收到触类旁通的效果。 2. 把学习的重点放在公式的应用而不是公式的推导上。 3. 着重掌握各物理量的基本概念和公式中物理量的含义。 4. 注意利用“三传”的类似性来获得举一反三的效果。 5. 课前要认真预习。 6. 课上要仔细听讲，学会做笔记。 7. 课下要独立完成作业。
14:29
2
二、课程的发展历程
20世纪20年代以前 20年代－60年代
工艺过程 单元操作
60年代以后
传递现象
14:29
3
三、课程的研究的目的与意义
研究目的：
1. 了解各类传递过程的机理，寻找提高传递过程的速率提供 方法；
2. 建立传递过程的数学模型，为设备的改进和生产过程的控 制提供依据。
研究意义：
传递现象发生的原因是物系内部存在温度差、速度差、浓度差， 即物系内部存在某种强度性质物理量的不均匀性。这种不均匀性 导致了物系处于一种热力学不平衡状态。根据热力学第二定律， 任何一个孤立体系都有自发朝平衡状态发生变化的趋势，使体系 的物质和能量分布达到均一化，即自发地向熵增大的方向变化。 由此可见，传递现象发生的本质原因是受热力学第二定律的支配， 体系存在着自发向平衡状态发生变化的趋势。
14:29
9
七、本课程的研究方法
1. 理论分析方法
确定简化的物理模型
建立数学模型
数学求解
2. 实验研究方法
采用因次分析的方法，根据π定理，利用无因次准数 来描述相关变量之间的关系。
3. 数值计算方法
4. 类比法
14:29
10
第二节 传递现象的物理机理及其数学描述
传递现象的分类：分子传递和湍流(涡流)传递 1. 什么是分子传递？ 2. 什么是湍流传递？
第1章 传递现象导论
第一节 课程概述
一、本课程的研究内容
传递现象研究的是在物体内部和不同物体之间的动量 传递、热量传递和质量传递规律（传递的机理和传递速 率）。
1. 什么是动量传递？ 2. 什么是热量传递？ 3. 什么是质量传递？
传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。对于任
何处于不平衡状态的物系，一定会有某些物理量由高强度区向 低强度区转移。物理量朝平衡转移的过程即为传递过程。
14:29
1
传递过程就是研究传递现象的发生机理及其传递规律的一门 课程，这门课程通过研究动量传递、热量传递和质量传递发生的 速率与传递推动力(速度梯度、温度梯度、浓度梯度或化学位梯 度)之间的关系探索各种传递现象的内在规律，并由此确定各个 强度性质的物理量(速度、温度和浓度)随时间和空间的变化关系。
14:29
16
3、分子质量传递的机理 是由热力学第二定律决定的
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17
二、分子传递的数学描述 （一）分子动量传递的数学描述 ——牛顿粘性定律
速度梯度：速度沿距离的变化率。du dy
u F
dy Y
du y
0
x u=0
平板间的流体剪应力与速度梯度
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18
实测发现： F A du
dy
令 F du
（3）液体导热的机理：很复杂。
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13
气体导热
氢(黄色)与氧(蓝色)，当温度
升高，分子运动速度增加。
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14
导体导热
导电固体有相当多的自由电子在晶格之间
像气体分子那样运动。自由电子的运动在
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导热中起着主要作用。
15
非导体导热
非导电固体：导热通过晶格结构的振动，即 原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现。
一、分子传递的机理 1、分子动量传递的机理
是分子动量交换的结果
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11
2、分子热量传递的机理
（1）气体导热的机理 （2）液体导热的机理 （3）固体导热的机理
A、导体 B、非导体
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12
2、分子传热机理 （1）气体导热的机理：
分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 （2）固体导热的机理
A、导体：自由电子运动。 B、非导体：晶格的振动。
A
dy
τ为单位面积上的内摩擦力，即摩擦剪应力，单位为Pa， 因τ 的方向与推力F 的方向相反，因此前面带“－”号
引入比例系数μ，上式变为
du
dy
比例系数μ称为流体的动力粘度，简称粘度，单位Pa·s
[]
d
u /d
y
m
Pa s1 /
m
Pa
s
14:29
19
τ也称为动量通量？ 通量的定义?
对于学生的个人来讲，学好这门课的意义在于：
1. 这门课程是工科类考研专业课之一； 2. 学好这门课还是完成本专业培养方案的需要； 3. 学好这门课有助于争取更高的奖学金； 4. 学好这门课也是找个好工作的需要； 5. 学好这门课可能会使今后的日常工作得心应手。
14:29
5
五、本课程在化学工程课程体系中的地位和作用
τ的单位：
Pa
N m2
kg m s2 m2
kg m s1 m2 s
[m][u] [ A] [t ]
d u 为速度梯度，表示垂直于流动方向 d y 上流体速度的变化率。
“－”表示剪应力的方向与速度的方向相反，或表示动量通量的方 向与速度梯度的方向相反，即动量总是沿着速度降低的方向传递的。
本 决 简单 课的
程问
烧开水
射程
可题
以实
复杂
解例
14:29
天气预报
核爆炸模拟 7
五、本课程的特点
1. 与物理和数学关系密切，对物理和数学的基础知识要求 比较高，尤其是数学知识。
2. 理论性强，概念比较抽象，引入的简化假设比较多。 3. 实践性强，与工业生产和日常生活息息相关。 4. 系统性强，各章节的内容相互联系形成了一个有机整体。 5. 三种传递之间的类似性强。 6. 公式多且公式非常复杂。
化学工程专业课程体系ຫໍສະໝຸດ 反应 工程化工 原理
化学反应动力学 传递过程原理
数学
14:29
物理
化学
计算科学
6
六、本课程的应用领域
由于传递现象无处不在，因此本课程不仅在工程领域，而 且在日常生活领域也有着广泛的应用。
1. 动量传递： 在日常生活中； 在工业生产中； 2. 热量传递： 在日常生活中； 在工业生产中； 3. 质量传递： 在日常生活中； 在工业生产中；