动量传递、热量传递与质量传递的类似性

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1、动量传递、热量传递与质量传递的类似性摘要：对动量、热量与质量传递的类似性进行了介绍，并阐述了传递过程中的类似律。关键字：似类似性；类律；牛顿流体Abstract:Thearticlemainlyintroducesthesimilarityanddescribsasimilarlawofthemomentum,heatandmasstransfer,ThenSolvestheturbulentmasstransfercoefficientbasedontheapplicationofmasstransferandheattransfersimilarity.Keywords:Simila

2、rity;lawofsimilarity;newtonianfluid传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。通常所说的平衡状态，是指物系内具有强度性质的物理量，如温度、组分浓度等不存在梯度而言。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。传递过程特指物理量朝平衡转移的过程。在传递过程中传递的物理量有动量、热量、质量和电量等。动量传递——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。热量传递——热量由高温度区向低温度区的转移。质量传递——物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。由此可见，动量、热量与质量传递之所以发生，是由于物系内部

3、存在着速度、温度和浓度梯度的缘故。动量、热量与质量传递是一种探讨速率的科学，三者之间具有许多类似之处，它们不但可以用类似的数学模型来描述，而且描述三者的一些物理量之间还存在着某些定量关系。这些类似关系和变量关系[1-3]会使研究三种传递过程的问题得以简化。1动量、热量与质量传递的类似性[4]动量、热量与质量的传递，既可以由分子的微观运动引起，也可由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。前者称为分子传递，后者称为涡流传递。由分子运动引起的动量传递，可采用牛顿粘性定律描述；由分子运动引起的热量传递，可采用傅里叶定律描述；而分子运动引起的质量传递称为扩散，则采用菲克定律描述。牛顿粘性定律、傅里

4、叶定律与菲克定律都是描述分子运动引起传递的现象定律。下面分别叙述这三个定律。1.1牛顿粘性定律(Newton,sViscosityLaw)牛顿粘性定律用于描述分子运动引起的动量传递。1687年牛顿第一个对最简单的剪切运动作了一个著名实验，建立了切向应力和剪切变形之间的关系。实验在两块相互平行的很大的板之间进行，两板之间有静止的流体，上板静止，下板以恒速向右运动（见图）。由于实验流体存在着粘性，紧贴在板上的一层流体随平板一起运动，并获得沿x方向的动量，并将其动量传递给与之邻近的流体层，在两平板间建立了速度分布。速度不大时，两板间的流体作层流流动，此时由于动量传递而使两流体层之间产生剪应力。

5、实验表明，剪应力与速度成正比，用公式表述为τ=-μәux/әy式中，τ为剪应力，N/m2;әux/әy为速度梯度或剪切速率；μ为动力粘度，Kg/(m.s)。式中的负号表示动量通量的方向与速度梯度的方向相反，即动量朝着速度降低的方向传递。比例常数μ为流体的动力粘度，一般简称为粘度。粘度是流体的一种物理性质，仅是流体压力、温度和组成的状态函数，与速度梯度无关。实际气体和液体的粘度一般随压力的升高而增加，理想气体的粘度与压力无关。气体的粘度随温度升高而增加；液体的粘度随温度升高而降低。牛顿流体是遵循牛顿粘性定律的流体，包括气体和低分子量的大多数液体。非牛顿流体是不遵循牛顿粘性定律的流体，包括泥

6、浆、污水、聚合物溶液、油漆等。1.2傅里叶定律傅里叶定律表述为“在场中任一点处，沿任一方向的热流强度（即在该点处单位时间内垂直流过单位面积的热量）与该方向上的温度变化率成正比”。在场中任一点处，沿方向的热流强度记为式中，为热通量，J/(m2.s);k为物质的热导率，k>0;为温度梯度；式中负号表示热通量方向与温度梯度方向相反，即热量是朝着温度降低的方向传递的。热导率k是物质的物理性质。对于同一物质，热导率主要是温度的函数，压力对它的影响不大。在高压或真空下，气体的热导率受压力的影响。一般情况下，讨论各项同性导热，热导率与方向无关。傅里叶定律描述了分子运动引起的热量传递，即描述导热现象。在

7、直角坐标系中，三个方向的热流强度分别为，，1.3菲克定律（Fick,sLaw）在混合物中若各组分存在浓度梯度时，发生分子扩散。分子质量扩散传递同分子的动量扩散传递一样，是分子无规则运动的结果。1855年，费克首先提出了质量分子扩散的基本关系式，认为对于两组份系统，组分A在单位时间内通过与扩散分子扩散方向（y向）相垂直方向上的单位面积的质量，即所产生的质量通量可用下式表示jA=-DAB式中，jA为组分A的扩散质量通量，㎏/（㎡.s）；