第一章 动量热量与质量传递ppt课件.ppt

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1、第一章动量、热量和质量传递导论动量、热量和质量传递是一种探讨速率的科学，它们不仅可以用类似的数学模型描述，而且描述三者的一些物理量之间还存在着某些定量关系，“类似”与“定量”会使研究传递过程规律的问题得以简化。第一节自学一、现象定律1.概念（1）分子传递由分子的微观运动所引起的动量、热量和质量传递(层流情况下)。（2）涡流传递由涡流混合形成的流体微团的宏观运动所引起的动量、热量和质量传递(湍流情况下)。（3）现象定律由分子传递产生的动量传递牛顿粘性定律由分子传递产生的热量传递傅立叶定律由分子传递产生的质量传递费克第一定律(分子扩散定律)第二节动量

2、、热量和质量传递的类似性一、现象定律2.牛顿粘性定律(Newton’slawofviscosity)yuhu+dudyxu0牛顿型流体与非牛顿型流体（1）牛顿型流体；（2）胀塑性流体，如浆糊，云母悬浮液，流沙；（3）假塑性流体，如油漆、纸浆、高分子溶液；（4）塑性流体，如泥浆、污水、有机胶体等。du/dy4321τ牛顿型流体与非牛顿型流体一、现象定律3.傅立叶定律(Fourier’slaw)一、现象定律4.费克定律(Fick’slaw)对于两组分系统，分子扩散所产生的质量通量为：二、动量、热量与质量通量的普遍表达式1.动量通量由此知：剪应力τ为单

3、位时间(s)通过单位面积(m2)的动量，故剪应力可表示动量通量。2.热量通量对于物性常数k，cP和ρ均为定值的导热问题，傅立叶定律可改写成下式：二、动量、热量与质量通量的普遍表达式1.动量通量2.热量通量二、动量、热量与质量通量的普遍表达式3.质量通量二、动量、热量与质量通量的普遍表达式（1）三类分子传递过程可以用一个通式来描述；（2）动量、热量和质量三个的扩散系数v、α和DAB具有相同的因次m2/s，且只是状态函数，与传递的物理量或梯度无关；（3）通量为向量，其方向与该量的梯度方向相反，故有“-”。二、动量、热量与质量通量的普遍表达式4.结论三

4、、涡流传递的类似性1.对于涡流动量通量，可写成：2.对于涡流热量通量，可写成：3.对于涡流质量通量，可写成：三、涡流传递的类似性4.综合起来要点总结掌握三个定律以及它们之间的相似性：牛顿粘性定律、傅里叶定律、费克定律。分子传递与涡流传递。第二节动量、热量和质量传递的类似性总衡算与微分衡算一般步骤：选择控制体（ControlVolume)，可大可小分析控制体与外界之间关系：输入、输出、流股状态；根据守恒定律（质量、能量和动量）建立数学关系：输入＝输出＋累积或输出－输入＋累积＝0入累出第三节传递过程的衡算方法总衡算和微分衡算第三节传递过程的衡算方法一

5、、总质量衡算方程简单几何体的质量衡算输出－输入＋累积＝0Wo－Wi＋dM/dθ=0多组分系统(P14)对每一组分：Wij－Wij＋dMj/dθ=0对总体：Wo－Wi＋dM/dθ=0WiMWj第三节传递过程的衡算方法有化学反应的体系输入＋化学反应产生量（R）＝输出＋累积对每一组分：W’oj-W’ij＋dM’j/dθ=R’j对总体：W’o-W’i＋dm’/dθ=∑R’二、总能量衡算热力学第一定律：体系能量的变化＝体系吸收的热－对环境所做的功ΔE=Q－W（J/kg,比能）体系放热Q为负，吸热为正；环境对体系所做的功W为负，对环境做的功为正E=U＋gz+

6、u2/2环境输入热－流体对环境做的功＝能量累积（输入1＋输入2）－（输出1＋输出2）＝累积第三节传递过程的衡算方法三、总动量衡算动量守恒：系统的动量变化速率等于作用在系统上，方向为净力方向的合外力牛顿第二定律：F=ma=m*(u2-u1)/Δt动量mumu第三节传递过程的衡算方法通用的总动量衡算方程线动量P=Mu∑F=∑F＋输入＝输出＋累积动量速率：输出－输入＋累积＝∑F第三节　传递过程的衡算方法应用实例1：流体通过弯管水稳定流过弯管，D=0.05m，u＝20m/s,进口压力P1’=1.5×105Pa（表压），出口压力P2为大气压，摩擦力及重力的

7、影响可忽略，计算此管所受的合力的量值及方向。第三节传递过程的衡算方法流体通过弯管RxRyθR第三节传递过程的衡算方法实例2喷射搅拌槽内气流穿透的距离第三节传递过程的衡算方法应用实例3：突然扩大（P30）第三节传递过程的衡算方法突然扩大（P30）第三节传递过程的衡算方法突然扩大（P30）第三节传递过程的衡算方法总质量、总能量和总动量衡算方程＝q＋W＊∑F=＋动量：能量：质量：第三节传递过程的衡算方法质量、能量和动量总衡算和微分衡算方程比较动量：能量：质量：第三节传递过程的衡算方法总结三个衡算方程的推导；动量衡算方程的特殊性（矢量）；应用第三节传递

8、过程的衡算方法本章作业教材P325；6；9；12。