冶金传输原理复习

流体：流体是一种受任何微小剪切应力作用能持续变形的一种物质流体的粘性：流体在变形或流动时，其本身所具有的阻滞流动或变形的性质。

流体的粘度：衡量流体粘性大小的物理量;可压缩性：指在压力作用下，流体的体积发生明显的变化。

理想流体: 粘性为0的流体（实际并不真正存在）实际流体: 具有粘性的流体压强：垂直作用于单位面积流体上的压力，称为压强。

压强表示方法：一个标准大气压的精确值为101.325Pa，它是指一个标准大气压比绝对零压高101.325Pa。

绝对压强：凡是用绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

表压：表示流体的绝对压强比大气压高出的数值。

表压强=绝对压强-大气压强表面力：指作用在所研究流体表面上的力，是流体微团与周围环境在界面产生的相互作用力，如压力、粘性力和表面张力等。

表面力的大小与其表面积的大小呈正比，是作用在表面上的力。

体积力（质量力）：指作用在流体内所有流体质点上，且与质量成正比的力，它本身是一种非接触力。

如重力、惯性力、电磁力等。

质量力的大小与其质量的大小呈正比，它可以远距离作用在流体内部的每一个质点上。

故称远程力。

流体流动的起因及分类：自然流动：无外力作用，由于流体本身的性质导致的流动。

(河水，风…）。

强制流动：在外力作用下产生的流体的流动。

（自来水管，水泵…）h强制＞h自然速度场：速度在空间和时间上的分布状态。

速度梯度：垂直于流体运动方向的速度变化率，或称速度梯度。

边界层：受固体壁面的影响速度急骤变化的区域0≤y≤δ(x)为边界层稳态流动：在流体的任何空间点处，流体的速度即其他物理量均不随时间而改变，仅与空间位置有关非稳态流动：在流体的任何空间点处，流体的速度和其他物理量只要有一项随时间而改变，这时运动要素就不仅与这些点的空间位置有关，而且与时间有关动量通量：单位时间通过单位面积的动量量，称为动量通量。

动量通量=mu/(t.A) =ρu2流动量通量：由于流体流动引起的动量传输，即前述定义式；其传输方向与流体流动方向一致。

∵ m= ρuAt ∴动量通量=mu/(t·A) =ρu2粘性动量通量:动量通量=mu/(t·A )= ma/A = F/A =τ根据牛顿粘性定律：dyduAFxμτ±==对于不可压缩流体，粘性动量通量可表示为：dyudx)(ρντ-=流体密度：单位体积流体所具有的质量称为流体密度。

用e表示比容：是指单位质量流体所具有的体积。

用ν表示ρν1 =混合流体平均密度：式中：xa ，xb 为混合物中各物质的质量分数。

xA ，xB 为混合物中各物质的体积分数(1) 液体流体：一般认为混合前后体积不变，平均密度的计算式为：∑=++=i i b b a a m x x x ρρρρ (1)(2) 气体流体：混合前后质量不变，平均密度的计算式为：ii B B A A m x x x ∑=⋅⋅⋅⋅⋅⋅++=ρρρρ 阻力损失：∑hf ＝h1+hf ；h1 — 局部阻力损失，hf — 直管摩擦阻力（沿程阻力）损失。

减少流体阻力的方法：○1在不影响管路布置的情况下，尽可能缩短管路长度。

○2管道中尽可能减少管件和阀件；截面的变化尽可能采用逐渐增加或减少的方式。

○3适当放大管径，降低流速。

○4尽量选择光滑管道 流动型态：层流流动与湍流流动。

层流: 质点作有规则的流动,运动中质点之间互不混杂,互不干扰。

湍流: 质点运动非常混乱.影响因素：流速，流体密度、粘度及管径都会影响流动型态，雷诺数： Re=ρud/μ 或 Re = ud/υ射流：当流体由喷嘴喷射到一个足够大的空间时，流股由于脱离了原限制环境，而在空间中继续流动扩散，这种流动叫射流。

分类：自由射流 半限制射流 限制射流沿射流方向可将射流分为两段：初始段和主段；初始段：即射流中心速度仍为初始速度的区段，长度大约是喷管直径的6倍。

（即射流核心区和射流边界层）。

主段：即中心速度逐渐减小的区域（射流边界层区）。

转折截面：由始段向主段转变的截面。

其特点是只有中心一点的速度为初始速度。

射流核心区：保持速度为初始速度的区域。

射流极点：射流外边界线逆流向延长线的交点。

自由射流的动量守恒半限制射流的附壁效应：流体遇到不对称边界条件时偏向固体一侧流动的现象拉瓦尔管：先收缩后扩张的喷管。

拉瓦尔管可以使高压气体流出时其静压能充分转化为动能马赫数：可压缩性气体流动过程中，其实际流速与当地条件下的标准音速之比。

M=u/us M ：马赫数；u ：气体实际流速；us ：当地音速。

温度和压力对流体密度的影响（尤其气体）雷诺数：Re=ρud/μ或 Re = ud/υ。

对光滑圆管，Re < 2300，层流； Re > 4000，湍流。

平板：Rec＜10^5为层流边界，10^5＜Rec＜5*10^5为湍流边界获得超音速流动的条件：P1＞2P0；管嘴为先收缩后扩张的拉瓦尔管。

压缩性气体流出的特点：○1气体流出后，随压力下降，速度增加，在不受介质干扰的情况下（合理的拉瓦尔喷管结构），直到与环境压力相等（P =P0 ），流速达到最大。

○2流出气体的流股截面存在极小值，即临界截面。

临界速度为临界条件下的音速。

获得音速的条件是气体原始压力高于环境压力（P1＞P0）。

○3获得超音速流动必须同时具备两个条件： P1＞2P0 ；喷嘴为拉瓦尔结构。

牛顿粘性定律 : ①牛顿粘性定律的表达式为：AdyduF xμ=②单位面积上的粘性力称为粘性剪切应力或切应力dyduAFxμτ==流体的连续性方程伯努利方程伯努利方程应用条件：(1)流体运动必须是稳态流动，且是不可压缩流体。

(2)在所讨论的两有效断面间必须没有流量的输入或输出。

(3)当在所讨论的两有效断面间有能量输入（如水泵）时况，应按总能量的守恒和转化规律列出能量方程。

传热物质体系内，温度在空间和时间上的分布状态称为该体系的温度场。

温度梯度指温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率等温面指在温度场中同一瞬间，温度相同的各点组成的面等温线指任意一平面与等温面相交的交线热量的传输有三种基本方式，即导热，对流传热和辐射传热。

导热:热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或从高温物体传递到与之接触的低温物体的过程。

（原理）温度不同的物质由于直接接触，没有物质的相对宏观运动时发生的热量传输现象。

其实质是由于微观质点的热运动。

（特点）导热只发生在温度分布不均匀的物体内部，或彼此接触的温度不同的两种物体的接触面之间。

对流传热: 指流体流动时，冷热流体互相掺混所引起的热量传输过程。

（原理）指流体中各部分间发生相对位移而引起的热传递现象。

辐射传热: 物质靠电磁波的发射与吸收来进行能量传递的过程.空间各点的温度将不随时间的变化而变化，仅是位置的函数，发生在稳态温度场内的传热叫稳态传热。

发生在非稳态温度场中的传热即为非稳态传热。

导热系数λ： 根据傅里叶定律：W/(m·℃) λ越大，该物质的导热能力就愈强. 热量传输系数α的定义： m 2/s 在所讨论的时间之内，温度扰动已波及整个物体时为有限厚物体。

温度扰动不能波及整个物体时为无限厚物体。

Bi ＜0.25 为薄材；Bi ＞ 0.5为厚材当物体将投射到其表面上的能量全部吸收时，即：r = d = 0 ，a = 1时，叫理想黑体，简称黑体 当物体将投射到其表面上的能量全部反射时，即:a= d = 0：r = 1时，叫理想白体,简称白体当物体将投射到其表面上的能量全部透射时，即a = r = 0 ,d = 1 时，叫透热体。

气体辐射的特点。

对于气体，r = 0 a + d = 1角度系数的定义及性质 叫表面 i 对表面 j 的角度系数 。

注意：分母中包含有两部分，一部分是自身辐射，一部分是反射辐射。

因此，实际物体的辐射力用下式计算： E = εEb= εC0 (T/100)4 W/m2 灰体：单色吸收率和单色黑度与波长无关的物体。

即灰体的吸收率和黑度只与其自身的条件有关，而与投射物体无关。

灰体也是一种理想化的物体。

由于灰体的吸收率和黑度与投射物体无关，所以不用满足克西荷夫定律所要求的条件。

a= ε辐射力：E 单位时间，单位表面积向半球空间辐射出的全部，波长（0--∞）范围的能量。

W/m2 投来辐射Qi ，单位时间，投射到单位面积上的辐射能。

W/m2反射辐射Qr ，单位时间，单位面积反射出的辐射能。

即物体表面对投来辐射的反射。

W/m2吸收辐射Qa ，单位时间，单位面积吸收的辐射能。

即物体表面对投来辐射的吸收。

W/m2有效辐射 QJ ，单位时间，单位面积辐射出的总的能量。

包括 两部分：自身辐射和反射辐射。

W/m2 即： QJ = Qs + Qr =εEb + (1-a) Qi12. 对流传热系数。

定义式：对流传热系数影响因素： ○1 流动的起因 (强制,自然) 。

○2流速(u)。

○3 物性(ρ,μ, λ,cp , tf , tw ）。

○4 传热面的几何形状及相对位置Φ热阻是单位面积的热阻叫单位热阻(1-ε ) / ε 。

表面热阻仅与表面的性质有关，当表面为黑体时，则表面热阻为零，说明物体不是黑体，相当于有一个热阻。

热流量：单位时间内通过某一给定面积F 的热量叫热流量。

用Q 来表示，单位为W 。

热通量：是指在单位时间内通过单位面积的热量，亦称热流密度, 用q 表示，单位为: W/m2热流量与热通量的关系：Q = qF 。

热流量是表现热量传输速率的一个物理量.c m w0⋅=λC a ρλ=的全部能量离开表面上的能量发出而落在表面表面i j i ij =ϕ2122112112;;Q Q Q Q Q Q i ji ij →→→===ϕϕϕw f y t t y t q h -∂∂-===0λ牛顿冷却公式二 牛顿冷却定律（公式） Q = h ΔT A = h(Tf －Tw )A w ；q = h Δt = h(Tf －Tw ) w/m2 。

毕欧准数：传热过程中导热物体内部热阻与导热体与介质间表面热阻之比Bi 越小导热越好，温差越小 努塞尔准数：表示对流换热强烈程度的一个准数， 又表示流体层流底层的导热阻力与对流传热阻力的比。

普兰特准数 Pr = ν／a 物理意义: 动量传输系数与热量传输系数的比值。

即：两种传输能力之比。

斯蒂芬—波尔茨曼定律dEb=Ib λd λ σ0 = 5.675×10-8 W/(m2K4) 通常，将斯蒂芬—波尔茨曼定律表示为：Eb = C0 (T/100)4式中： C0 =5.67 W/(m2K4) 叫黑体的辐射系数。

物体对辐射能的反射、吸收及透过之间的关系。

浓度场 某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的浓度场，浓度梯度 同速度、温度一样，梯度的定义为 gradC=dC/dy 即在传质方向上单位距离的浓度变化量 质量传输的基本方式：分子扩散传质和对流传质○1分子扩散传质 从本质上说，它是依赖微观粒子的随机的分子运动所引起的。