材料传输原理复习总结
期末复习基础传输原理
01导热、对流和热辐射的特点导热：物体内部不同温度的各个部分之间或不同温度的物体相接触时发生的热量传输现象称为导热。
从微观角度看，导热依靠物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动进行热量传输。
导热是物质的固有属性，具有以下几个特点：(1)必须存在温度差；(2)物体直接接触；(3)不发生宏观相对位移；(4)依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动传输热量；(5)单纯的导热发生在固体和静止的流体内部。
对流：工程中遇到的实际传热问题常常不是单纯的对流，而是流体流过与其温度不同的固体壁面时所发生的热量传输过程，这种过程称为对流换热。
和单纯的对流不同，对流换热具有如下特点：(1)对流是热量传输的三种基本方式之一，对流换热不是热量传输的基本方式，它是导热和对流同时存在的复杂热量传输过程；(2)流体和固体壁面之间必须具有直接接触和宏观运动，也必须有温度差存在；(3)固体壁面处会形成速度梯度很大的边界层。
热辐射：物体由于自身温度引起的发射辐射能的现象称为热辐射。
热辐射依靠热射线(电磁波或光子)传输热量，它是物质的固有属性，具有以下几个特点：(1)辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质（和导热、对流完全不同）；(2)一切物体只要具有温度（高于0K ），就能持续地发射出辐射能，同时也能持续地吸收来自其它物体的辐射能。
因此，物体间以热辐射方式进行的热量传输是双向的；(3)热辐射不仅具有能量的传输，而且具有能量形式的转换，即热能和辐射能的转换。
02导热问题的边界条件a 特定温度边界条件/第一类边界条件特定温度边界条件指已知物体边界上任何时刻的温度分布。
对非稳态导热问题，该边界条件可以表示为：t ︱w =f(τ) 式中：w ——物体边界处的物理量。
最简单的特定温度边界条件是物体边界上的温度为常数，该边界条件可以表示为： t ︱w =t w = constantb 特定热通量边界条件/第二类边界条件特定热通量边界条件指已知物体边界上任何时刻的热通量，边界条件为： - λ (∂t /∂n)︱w = q w 式中：n ——物体的法线方向。
传输原理复习资料PPT课件
2020/2/16
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图2.17 储水容器
11
例题 5 已知平面不可压缩流场中，速度分布为
u x kx2 uy 2kxy
其中 k---常数，单位为m-1/s；坐标x, y的单位为m。
（1）求（x=1m，y=2m）点上的流速及位于该点上的流体 质点的加速度。
（2）求流线方程。
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图3.20 虹吸管
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例题 9
沿直径d=305 mm的管道，输送密度ρ=980kg/m3、运动 粘性系数ν=4cm2／s的重油。若流量Q=60 L/s，管道起点
标高z1=85 m，终点标高z2=105 m，管长l =1 800m，试
求管道中重油的压力降及损失功率各为若干?
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例题 6
文丘里流量计倾斜安装如附图所示，入口直径为d1，喉部直径 为d2，试用连续性方程和伯努利方程推导其流量计算公式。 解：
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例题 7 某工厂自高位水池引出一条供水管路AB，如图3.19所示。 已知流量Q=0.034m3／s；管径D=15 cm；压力表读数 PB=4.9N／cm2；高度H=20 m。问水流在管路AB中损失 了若干水头?
传输原理总复习举例
2020/2/16
1
基本概念题
1、如何理解动量、热量和质量传输的类似性？
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2
2、温度梯度 3、温度边界层
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3
4、简述流体连续性介质模型。
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4
试用简练的语言表述导热、对流换热及辐射换热三种基 本的传热方式以及它们之间的区别。16Fra bibliotek例题 10
《传输原理》复习提纲(DOC)
《冶金传输原理》复习提纲Ⅰ、基本概念一、动量传输1、流体；连续介质模型；流体模型；动力粘度、运动粘度、恩式粘度；压缩性、膨胀性2、表面力、质量力；静压力特性；压强（相对压强、绝对压强、真空度）；等压面3、Lagrange 法、Euler法，迹线、流线4、稳定流、非稳定流，急变流、缓变流，均匀流、非均匀流5、运动要素：流速、流量，水力要素：过流断面、湿周、水力半径、当量直径6、动压、静压、位压；速度能头、位置能头、测压管能头、总能头；动能、动量修正系数7、层流、湍流；自然对流、强制对流8、沿程阻力、局部阻力；沿程损失、局部损失9、速度场；速度梯度；速度边界层二、热量传输1、温度场、温度梯度、温度边界层；热流量、热流密度2、导热、对流、辐射3、导热系数、对流换热系数、辐射换热系数、热量传输系数4、相似准数Fo、Bi、Re、Gr、Pr、Nu5、黑体、白体、透热体；灰体；吸收率、反射率、透过率、黑度6、单色辐射力、全辐射力、方位辐射力；角系数；有效辐射；表面网络热阻、空间网络热阻7、解析法、数值分析法、有限差分法、集总参数法、网络元法三、质量传输1、质量传输；扩散传质、对流传质、相间传质2、浓度、速度、传质通量；浓度场、浓度梯度、浓度边界层3、扩散系数、对流传质系数4、Ar、Sc、Sh准数Ⅱ、基本理论与定律一、动量传输1、Newton粘性定律2、N-S方程3、连续方程、能量方程、动量方程、静力学基本方程二、热量传输1、F-K方程2、Fourier定律3、Newton冷却（加热）公式4、Planck定律、Wien定律、Stefen-Boltzman定律、Kirchhoff定律、Beer定律、余弦定律5、相似原理及其应用三、质量传输1、传质微分方程、Fick第一、二定律2、薄膜理论、双膜理论、渗透理论、更新理论Ⅲ、基本理论与定律在工程中的应用一、动量传输1、连通容器2、连续方程、能量方程、动量方程的应用、烟囱计算3、流体阻力损失计算二、热量传输1、平壁、圆筒壁导热计算2、相似原理在对流换热中的应用3、网络单元法在表面辐射换热中的应用4、通过炉墙的综合传热、火焰炉炉膛热交换、换热器5、不稳态温度场计算：解析法；有限差分法三、质量传输1、平壁、圆筒壁扩散计算2、相似原理在对流传质中的应用3、炭粒、油粒的燃烧过程4、相间传质（气—固、气—液、多孔材料）Ⅳ、主要参考题型一、填空1、当体系中存在着（、、）时，则发生动量、热量和质量传输，既可由分子（原子、粒子）的微观运动引起，也可以由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。
材料加工冶金传输原理
传输过程：物理量从非平衡状态朝平衡状态转移的过程动量传输：在垂直于实际流体流动方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。
热量传输：是热量由高温区向低温区的转移。
质量传输：质量传输是指物系中的一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。
相对于固体，流体在力学上的特点：＊流体不能承受拉力；＊对于牛顿流体：切应力与应变的时间变化率成比例，而对弹性体（固体）来说，其切应力则与应变成比例。
＊固体只能以静变形抵抗剪切力，流体则连续变形，除非外力作用停止。
流体的粘性：在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性。
由粘性产生的作用力叫做粘性阻力或内摩擦力。
流体中出现粘性的原因：由于分子间内聚力（引力）和流体分子的垂直流动方向热运动（出现能量交换）。
在液体中以前者为主，气体中以后者为主，所以液体的粘度随温度升高而减小，由于温度升高时分子间距增大，分子间引力减小；而气体的粘度则随温度的升高而增大，由于此时分子的热运动增强温度对粘度的影响，当温度升高时，液体的粘度降低，但是气体则与其相反，当温度升高时分子间的吸引力减小，粘度值就要降低；而造成气体粘度的主要原因是气体内部分子的杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以粘度值将增大。
牛顿流体:实际上，流体都具有粘性，凡流体在流动时，粘性力与速度梯度的关系都能用牛顿粘性定律全部气体和所有单相非聚合态流体(如水及甘油等)均质流体都属于牛顿流体。
理想流体是一种内部不能出现摩擦力，无粘性的流体，既不能传递拉力，也不能传递切力．它只能传递压力和在压力作用下流动，同时它还是不可被压缩的。
非稳定流:如果流场的运动参数不仅随位置改变，又随时间不同而变化;稳定流:如果运动参数只随位置改变而与时间无关;迹线定义：迹线就是流体质点运动的轨迹线迹线的特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时间无关连续性微分方程：连续性微分方程的物理意义：流体在单位时间内流经单位体积空间输出与输入的质量差与其内部质量变化的代数和为零。
传输原理复习总结
绪论1。
什么是传输过程?传输过程是动量传输、热量传输、质量传输过程的总称，简称“三传” 或者“传递现象”。
是工程技术领域中普遍存在的物理现象.动量传输:垂直于流体流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。
热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移.质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。
2.“三传”之间的联系：动量、热量、质量三种传输过程有其内在的联系,三者之间有许多相似之处，在连续介质中发生的“三传” 现象有共同的传递机理。
在实际工程中，三种传输现象常常是同时发生的。
3。
传输原理主要研究什么？传输原理主要研究传输过程的传递速率大小与传递推动力及阻力之间的关系。
4.传输过程的本质：传输过程是物质或能量从非平衡态到平衡态转移的物理过程。
是某物质体系内描述体系的物理量（如温度、速度、组分浓度等）从不平衡状态向平衡状态转移的过程。
5.金属加工成形的分类热态成形—-金属的成形过程，是在较高温度状态下，通过高温手段,使金属成形。
冷态成形——金属在常温下,使金属成形。
如：切削、冲压、拔丝。
5.金属热态成形的四种工艺（“三传” 现象广泛存在于其中）铸造:液态(或固液态）金属——注入模具中——降温、凝固.锻压：金属加热至塑性变形抗力小、但是仍然为固体的状态，采用锻打、加压手段，而获得一定的形状的工艺方法。
焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料,使两工件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。
热处理：热处理就是将工件通过热处理（高温加热,冷却速度不同）达到调整材质（如基体组织发生变化,硬度发生变化）,以及削除应力.动量传输第一章流体及其流动1。
动量传输起因，以及对热量、质量传输的影响：（1）流体内部不同部位的质点或集团的流动速度不一致。
(2）流动速度的不一致，必然导致动量分布不均匀。
属于不平衡态,必然发生动量的交换或传递过程。
（3）这样的动量传递，就会影响到热量和质量的传输过程。
冶传总复习1-2
§2.3
流体的粘性及其内摩擦定律
一、粘性的概念
动板
定板
在做相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值反向的 作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质称流体 的粘性。由粘性产生的作用力叫做粘性阻力或内摩擦力。原因。
二、牛顿粘性定律
当流体的流层之间存在相对位移时，即存在速度梯度时，由于流体的粘 性作用，在其速度不相等的流层之间以及流体与固体表面之间所产生的粘性 阻力的大小与速度梯度和接触面积成正比，与流体的粘性有关。
粘度或切应力
牛顿流体
触变性流体
时间 触变性流体的特性曲线
例1： 两平行板相距3.2mm，下板不动，而上板以1.52m/s的速度运动。 欲使上板保持运动状态，需要施加2.39N/m2的力。求板间流体的动力 粘度。 解：两板间的距离较小，可以将速度梯度当作线性变化处理。
F/A v0 / Y
例2：某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体 积为995cm3，当压强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等 温压缩率kT为多少?
个“负号”。
传输过程的研究方法：
理论研究法、实验研究法、数值计算研究法
第二章
流体的性质
§2.1
流体的概念和连续介质模型
一、流体的概念
能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。从力学角度 来看，流体是一种剪切抗力极低的物质，受剪切力时发生显著 的变形，即流动。 共 同 特 征
分子间距和分子的运动范围 比较大 只能承受压力，不能承受拉力和切力； 分子的移动和转动为其主要运动形式； 没有一定的形状；
“三传”的类似性
流场中速度分布不均的时候 产生了切应力； 分子传递 温度分布不均的时候 产生了热传导； 在多组分的混合流中，某组分 的浓度分布不均的时候 产生了质量的传输； 湍流传递 旋涡混合造成的流体微团的宏观 运动引起。
(2020年7月整理)冶金传输原理总复习.doc
第一章动量传输的基本概念 1．流体的概念物质不能抵抗切向力，在切向力的作用下可以无限地变形，这种变形称为流动，这类物质称为流体，其变形的速度即流动速度与切向力的大小有关，气体和液体都属于流体。
2 连续介质流体是在空间上和时间上连续分布的物质。
3流体的主要物理性质密度；比容（比体积）；相对密度；重度（会换算） 4.流体的粘性在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性，由粘性产生的作用力叫做粘性力或内摩擦力。
1) 由于分子作不规则运动时，各流体层之间互有分子迁移掺混，快层分子进入慢层时给慢层以向前的碰撞，交换能量，使慢层加速，慢层分子迁移到快层时，给快层以向后碰撞，形成阻力而使快层减速。
这就是分子不规则运动的动量交换形成的粘性阻力。
2) 当相邻流体层有相对运动时，快层分子的引力拖动慢层，而慢层分子的引力阻滞快层，这就是两层流体之间吸引力所形成的阻力。
5.牛顿粘性定律在稳定状态下，单位面积上的粘性力（粘性切应力、内摩擦应力）为dydv x yx μτ±==A Fτyx 说明动量传输的方向（y 向）和所讨论的速度分量（x 向）。
符号表示动量是从流体的高速流层传向低速流层。
动力粘度μ，单位Pa·s 运动粘度η，单位m 2/s 。
ρμη=例题1-16.温度对粘度的影响粘度是流体的重要属性，它是流体温度和压强的函数。
在工程常用温度和压强范围内，温度对流体的粘度影响很大，粘度主要依温度而定，压强对粘性的影响不大。
当温度升高时，一般液体的粘度随之降低；但是，气体则与其相反，当温度升高时粘度增大。
这是因为液体的粘性主要是由分子间的吸引力造成的，当温度升高时，分子间的吸引力减小，μ值就要降低；而造成气体粘性的主要原因是气体内部分子的杂乱运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的交换，当温度升高时，气体分子杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以μ值将增大。
传输原理复习
第一篇 动量传输
流体流动的时候，其内部不同部位的质 点或集团的速度往往并不相同，从而 产生流体中的动量分布不均，继而发 生动量的交换或传递过程。这样的动 量传递，也将会影响到热量和质量的 传输过程。
第一章 流体及其流动
一、流体及其物理性质
5. 理想流体、牛顿流体和非牛顿流体
理想流体 —无摩擦力，无粘性，不可压缩。
牛顿流体 ----粘性力与速度梯度 的关系符合牛顿粘性定律。
yx
dvx dy
非牛顿流体 –-- 粘性力与速度梯 度的关系不符合牛顿粘性定律。
二、流体的流动
1. 流体的流动形态 －雷诺实验 （Reynald， 1882）
z 2r 2 C
2g
等压面(抛物面)方程, 等压面 高度与回转半径 r 的关系。
[B]
zs
2r 2
2g
h0
自由表面高度与回转半径 r 的关系。 h0 — 轴心处自由表面高度
[C] p g(zs z) pa gh pa
液体内任一点静压力与该点深度 h 的关系。（与重力场
下公式相同）
h=zs－z pa——表面压力，
• 粘性力大－层流。由于粘滞性的存在，在管道中流动 的流体自然出现分层流动，各流体层只作相对滑动而 彼此不相混合 。
• 惯性力大－紊流。流体不再保持分层流动，流动显得
紊乱且不稳定。
• 层流与紊流可以用雷诺数来判别
圆管雷诺数
Re vD
vD
＝惯性力 / 粘性力
下临界雷诺数（层流开始变紊流）：ReCr ＝ 2100～2320
p Z
z
全微分形式：Xdx Ydy Zdz 1 (p dx p dy p dz)
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第三章 流体动力学
应用能量方程时的注意事项
（1）沿流动方向在渐变流处取过水断面列能量方程； （ 2）基准面原则上可任取，但应尽量使各断面的位置水头为正； （3）在同一问题上必须采用相同的压强标准。一般均采用相对压强， 而当某断面有可能出现真空时，尽量采用绝对压强； （4）由于z+p/γ=常数，所以计算点在断面上可任取，但对于管道流动 常取断面中心点，对于明渠流动计算点常取在自由液面上； （5）应选取已知量尽量多的断面（其中一个断面应包括待求的未知量）， 如大水池表面v1=0，相对压强p=0；管道出口断面相对压强 p=0 等。
材料加工冶金传输原理
第一章 绪论
一、三种传输的基本规律
牛顿粘性定律 傅立叶导热定律
dv d dy dy
d c pT dT q a dy dy
菲克定律
d A j A DAB dy
材料加工冶金传输原理
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第五章 边界层理论
1.边界层的概念与特点
a.边界层厚度为一有限值； b.边界层内速度梯度较大； c.边界层厚度沿程增加； d.边界层分层流边界层和紊流边界层； e.边界层外可按理想流体对待，边界层内
d d l dy dy
圆管内层流流速呈旋转抛物面分布
圆管内层流的最大流速是平均流速为的2倍
64 l 2 （米流 体柱） 圆管层流的水头损失：h f Re d 2 g
即水头损失与流速的一次方成正比，沿程阻力系数λ=64/Re。
2 64 l 32Q l 64 l Q N f Q hf Q 2 d d 2 g gd Re d 2g 2 32Q l 4Q 128 lQ (W ) 2 2 4 d d d
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流体静力学
条件
绝对 静止
静止流体的压强分布、等压面 压强分布特征 等压面特点
p pa gz f ( z )
z c (水平面 )
匀速直 线运动
以加速度a 直线运动 以角速度 ω转动
同上
a p pa g x z f ( x, z) g
x 1 （x) 5.0 5 .0 x 0 Re x
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第五章 边界层理论
层流时边界层积分方程（简化后）
d dy x x 0 0 0 dx 3 x 3 y 1 y 边界层内速度分布关系 0 2 2
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第二章
一、基本概念、知识
流体（Fluid）
流体的性质
g
质量体积： 1 V m
自然界中能流动的物质，统称为流体。
G 重度： V
m 密度： V
连续介质（Continuous medium)模型
将流体看成是由无限多个流体质点所组成的、密集而无间隙的连续介质， 流体质点是组成流体的最小单位，质点与质点之间没有空隙。
边界层厚度
x 1 4.64 4.64 x Re
2 2
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第五章 边界层理论
2. 流体掠过平板
层流时的边界层微分方程
y x 0 x y
x x 2 x x y x y y 2
速度分布为一无穷级数形式（不作为计算时使用） 边界层厚度
D Re
R水力 Re
过流断面积 R水力 润湿周长
D当量 4R水力
3.紊流特点：无序性、耗能性、扩散性 时均化处理紊流。瞬时流速=时均流速+脉动流速
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第四章 层流流动与湍流运动
4.不可压缩恒定均匀圆管层流
2 2 p pa g 2g r z f ( x, y , z )
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同上
a z x c (斜 平 面 ) g
z
2
2g
r 2 c旋转抛物面
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第三章 流体动力学
一、基本概念
ay d y dt y t y x
x
y y
y
y z
z
d z z z z z az x y z dt t x y迁移加速度
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内容回顾
第一章 绪论
第二章
第三章 第四章 第五章
流体的性质
流体动力学 层流流动与湍流 边界层理论
流体静力学
第六章 材料加工中的特殊流体动的流动
第七章
相似理论及量纲分析 热量传输的基本概念、导热
第八、九章
第十章 第十一章
对流换热 辐射换热
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质量传输的基本概念
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如果流量为Q，其沿程损失的功率为
2
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第四章 层流流动与湍流运动
d d l 5.紊流切应力 dy dy
2 2
6.紊流沿程阻力系数λ的求解
首先计算雷诺数判断流动状态（注意流道的形状）。
a）尼古拉兹曲线。 根据λ与Δ,Re的关系，将整个流区分为5个区（层流、层流向紊流过 渡区、水力光滑区、水力光滑区向水力粗糙区的过渡区、水力粗糙 区），查图或利用相应的实验公式 。
第一章 绪论
二、三种传输现象的类似性
1、数学表达式相似
动量 热量 质量
动量
通量 扩散系数 热量 浓度梯度
质量
2、扩散系数具有相同的因次，单位均为（ m2/s ）
3、扩散通量为单位时间内通过与传递方向相垂直的单位面积上的动量、
热量和质量；通量的传递方向均与该量的浓度梯度的方向相反。因此，通 量的表达式中都有一个“—”
l 2 l 2 hf d当 2 g 4 R水力 2 g
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第四章 层流流动与湍流运动
8.求解具体问题时注意
根据对具体情况的分析，往往需要进行必要的简化， 结合伯努利方程，有时需要结合连续性方程、静力学
基本方程。
材料加工冶金传输原理
68 b）湍流区通用的经验公式 0.11 Re d
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0.25
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第四章 层流流动与湍流运动
7.非圆形管内流动问题
非圆形截面的特征长度则是水力半径R水力。
R水 力 过流断面面积 A 流体湿周 x
此时，引入当量直径de的概念，而且de=4R水力， 沿程损失的计算，只需将圆管表达式中的d用de 取代即可：
z1 + p1
+ 1
12
2g
z2 +
p2
+ 2
22
2g
1 2 1 hw 不特别说明取
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第三章 流体动力学
伯努利方程的几何意义和物理意义。
水头线 1）各断面的总水头连线称为总水头线或总能线。
2） 对于理想流动流体的总水头线为水平线；
象称为流体的膨胀性，用膨胀α V系数来表示。
1 V V V T p
粘度 /粘滞性
η τ yx (dvx /dy)
（动力粘度，绝对粘度），物理意义为速度梯度为1个单位时，单位
面积上内摩擦力，单位为Pa•s。
η 运动粘度：
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3）对于实际流动流体的总水头线恒为下降曲线或直线，其下降 值等于两断面的水头损失hw（ hf） 。 4） 各断面的测压管水头连线称为测压管水头线。测压管水头线 与总水头线的间距是流速水头，若是均匀流，则总水头线平行于测 压管水头线。
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1）迹线：流场中流体质点运动的轨迹线； 2）流线：某一瞬时、流场中连续的不同位置质点流动方向线。 是流场中某一瞬时的一条空间曲线，在该线上各点的流体 质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。 3）流束 ：充满在流管中的液流称为流束。流束的极限是一条流线。 无数流束就构成总流。 4）有效断面（过水断面）：即水道（管道、明渠等）中垂直于水 流流动方向的横断面，即与流束或总流的流线成正交的横断面。
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2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系
第四章 层流流动与湍流运动
1.流体流动的两种形态（层流和紊流）的特点 （运动是否有序？流体微团是否有掺混？） 2.层流、紊流的判别标准—下临界雷诺数Rec
Rec取决于边界形状（过水断面形状）、以及特征尺寸的选用。 对圆管内流Rec=2320（2300）；非圆管Rec=500；明渠Rec=300。
材料加工冶金传输原理
第二章
牛顿流体
流体的性质
根据牛顿粘性定律，以切应力对速度梯度作图，若得到一 条通过原点的直线，具有这种特性的流体称为牛顿流体。