传输原理期中复习--概念

传输现象:流体动力过程、传热过程及传质过程的统称,也称为传递理论或速率过程。
化学反应的限制性环节:在反应物向反应面的运动,反应区域化学反应,化学产物的排出三步骤中速率最慢的一步将限制化学反应的速率
冶传的研究对象是气体液体固体

第一章

流体:在剪切应力的作用下会发生连续的变形的物质。
流体具有性质
可流动性:流体在任意小的切应力作用下都会发生明显的变形,区别于固体
可压缩性:在压力的作用下,流体的体积会发生明显的变化
不可压缩性流体(液体):在相当大的压力下,流体几乎不改变其原有的体积。
粘性:流体在相对运动时表现出的抵抗剪切变形的能力
压缩系数: 1/Pa当流体温度保持不变时,每增加单位压强流体体积的相对变化量

连续介质模型:把流体视为由大量的宏观上的微小单元无间隙的布满的模型
连续介质模型的好处:流体的速度、压强、温度、密度、浓度等属性都可看做时间和空间的连续函数,从而可以利用数学上连续函数的方法来定量描述。
临界体积:宏观上无限小而微观上足够大。由流体在该处的密度就可知道其质量,另外,还可确定其它的物理量(平均)值,如压力、速度、温度等
流场:用连续介质模型描述的流体
))

气体的密度:
液体的相对密度:指该液体的密度与一个大气压下4℃水的密度之比
气体的相对密度:指该气体的密度与一个大气压下0℃的空气或氢气的密度之比
流体的比容定义:单位质量流体所占有的体积, m3/kg,即密度的倒数
流体的重度:

理想气体状态方程:

体积压缩系数:
是指在温度不变时,压力每增加一个单位时流体体积V的相对变化率
体积弹性模数(体积压缩系数倒数):

体积膨胀系数:指当压力保持不变,温 度升高1K时流体体积的相对增加量
气体等温时(T1=T2):

气体等压时(P1=P2):

盖·吕萨克定律:压力不变时,温度每升高1K,气 体体积增加273K时体积的1/273。
在标态下,如果单位质量的气体在0℃时的体积为V0,t℃时其体积为Vt,那么当压强一定时 )

流体的粘性:在做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。由黏性产生的作用力称为黏性力内摩擦力
单位面积上的内摩擦力(牛顿内摩擦定律): τ=

黏性力产生的物理原因: 分子的不规则运动; 分子间的吸引力
动力粘性系数μ:表征流体抵抗变形的能力,即流体黏性的大小
液体T升高,μ下降;气体T升高,μ升高的原因:在液体中,分子间距小,分子相互作用力较强,当T升高时,分子之间距离增加,引力减小,所以层与层之间的摩擦力减小,粘性下降。气体分子间距比液体大得多,引力很弱,层与层之间的粘性表现为两 层流体层间分子的动量交换,来阻止流体层间相对滑动,分子间的引力作用可忽 略,当气体T升高时,内能增加,分子运动剧烈,动量交换激烈,所以粘性升高。
运动粘性系数ν流体的动力黏度与密度的比值,单位 m2/s
牛顿流体:满足牛顿粘性定律的流体 含义:1 、当速度梯度为零时,粘性力为零。 2 、粘性力与速度梯度呈线性关系。

第二章

流体平衡微分方程式(欧拉平衡方程式)物理意义:在静止流体中,某点单位质量流体的质量力与静 压强的合力相平衡。
等压面:压强相等的各点所组成的面。通过静止流体中的任一点的等压面都垂直于该点处的质量力
水头:单位重量的液体所具有的机械能,包括位置水头、压强水头、流速水头,三者之和为总水头,位置水头与压强水头之和为测压管水头。

流体静力学基本方程式中z:表示为单位重量流体对某一基准面的位势能。 式中p/ρg:表示单位重量流体的压强势能
总势能:位势能和压强势能之和
分界面:两种液体之间形成的面。分界面既是水平面又是等压面
绝对压力:以绝对真空作零压而计算的压力
相对压力:以大气压力为基准算起的压力
当流体的绝对压力小于当地大气压时,相对压力为负值,这种相对 压力称为负压,其差值的绝对值称为真空度

第三章

层流状态:流体质点的运动是有规则,有秩序的
紊流状态:流体质点的运动是杂乱无章的,互相搀杂的
雷诺数)
由层流转变成湍流时的Re称为临界Re,一般用Recr来表示。 雷诺从实验得出Recr≈2300,工程中通常取2000,雷诺数表示流体运动中惯性力与黏性力之比
卡门涡街:水流速度很慢时,出现两个黏附在圆柱体后面的对称的漩涡。当水流速度增大到某一数值后,在圆柱体后面形成两列非对称交错排列、旋转相反的周期性漩涡。
拉格朗日法(质点法):跟踪每个流体质点的运动全过程,记录它们在运动过程中各物理量及其变化
欧拉法(空间法):考察空间每一点上流体运动物理量随时间的变化。
质点导数

定常流动:流体在运动过程中,物理量不随时间而变
均匀流动(均匀场):流体在运动过程中,物理量均不随空间而变
子午面:在直圆管内部,过中轴线做的无数个平面
轴对称流动:处在某一子午面上的流体质点只能在该面内部流动,即它永远不会流到其它子午面上,且不同午面上对应点的流动情况完全相同
迹线:流体质点的运动轨迹称为迹线(质点、迹线是拉格朗日法才有的概念)
流线:流线是速度场的矢量线(在任意时刻 t,它上面每一点处曲线的切向量 dr=dxi+dyj+dzk 都与该点的速度向量υ(x, y,z, t) 相切。)
流线性质:
(1) 对于非定常流场,不同时刻通过同一空间点的流线一般不重合;对于定常流场,任何时刻通过同一空间点的流线都是重合的;
(2) 同一时刻,过空间一点只有一条流线,这是因为该时刻流场中一点处的速度只有一个。换句话说,流线不能相交;
(3) 流线直观地描绘了流场的速度分布,流线的走向反映了流速的方向,流线的密集程度放映了流速的大小。

迹线和流线的区别:迹线和流线都是用来描述流场几何特性的
① 迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线,与拉格朗日观点相对应
② 而流线是同一时刻、不同流体质点速度向量的包络线,与欧拉观点相对应
③ 在定常流动中,流线与迹线重合。
流管:在流场内取任意封闭曲线l,通过曲线l上每一点连续地作流线,则流线族构成一个管状表面,称为流管。
流束:在流管内取一微小曲面dA,通过dA边界上的每一点作流线,这族流线称为流束。
流量:

第五章

冶金传输原理-13
冶金传输原理-14
冶金传输原理-15

第六章 管道中的流动
速度分布

最大速度:

流量分布:

入口段长度:

湍流度:

层流底层速度分布规律:
),

湍流内部分为:

指数定律:

水力光滑和水力粗糙
当δ>ε时,见右图中a,这时层流底层以外的湍流区完全感受不到管壁粗糙度的影响,流体好像在完全光滑的管子中流动一样。这种情况的管内流动称为“水力光滑”,相应的管道简称“光滑管”。
当δ<ε时,见图中b,即管壁的粗糙凸出部分有一部分或大部分暴露在湍流区中。这时流体流过凸出部分时将引起旋涡,造成新的能量损失,管壁粗糙度将对湍流发生影响。这种情况的管内流动称为“水力粗糙”,相应的管道简称“粗糙管”。
(ε:绝对粗糙度;δ:层流底层厚度)

第七章

边界层理论建立的意义:雷诺数很大时,纳维-斯托克斯方程中的黏性项与惯性项相比是很小的,黏性项的作用可以忽略不汁,因此纳维-斯托克斯方程就简化为理想流体的欧拉方程。在这样的情况下,流体运动的阻力等于零,而这显然违背事实。历史上,这个矛盾被称为达朗贝尔之迷,并一度使人们对理想流体模型莫衷一是。直到提出边界层理论,才解决了这个矛盾。
边界层理论:普朗特认为:当雷诺数很高时,流体摩擦的影响将局限于靠近物体表面的薄层(即边界层)内,同时,边界层内的压力与边界层外理想流动的压力是一样的。边界层理论的意义在于,当采用分析方法处理黏性流动时,可使问题得到简化。
边界层的厚度:边界层厚度δ是主体流动速度99%处到平板表面的距离

边界层的状态和特点
边界层内的流动同样有层流或湍流。在边界层的前部,由于δ较小,速度梯度dυx/dx大,黏性切应力作用很大,流动属于层流,称为层流边界层。
• 当Rex达到一定数值时,经过一个过渡区后,层流转变为湍流,形成所谓湍流边界层。
• 从层流边界层转变为湍流边界层的点xtr称为转捩(lie)点。
• 影响边界层转捩点的因素很复杂,其中重要因素有边界层外流体的压力分布、壁面性质、来流的湍流强弱及其各种扰动等。确定转捩点的临界雷诺数主要依靠实验。
流过平板的边界层有下面特点:
对于流过平板的流动,实验数据表明:Rex<2×105,边界层为层流;2×105<Rex<3×106,边界层可能是层流,也可能是湍流;Rex >3×106,边界层为湍流。
① 与绕流物体长度比较,边界层的厚度很小。厚度δ从前驻点起
沿流动方向逐渐增厚,δ随Re数增加而减小。
② 边界层内沿厚度方向有急剧的速度变化(速度梯度大),边界层
外为势流区。
③ 边界层内黏性力和惯性力具有相同的数量级。
④ 边界层可以全部是层流,或全部是湍流(有层流底层),或一部
分是层流,另一部分是湍流

边界层的厚度:

第八章 可压缩气体的流动

音障:大展弦比的直机翼飞机,在飞行速度接近声速时,会出现阻力剧增,操纵性能变坏和自发栽头的现象,飞行速度也不能再提高,因此人们曾以为声速是飞机速度不可逾越的障碍,故有此名。
微小扰动:压力扰动使压力发生一个微小变化,从而引起介质的密度也发生一个微小变化。

)

马赫数:是判断气体压缩性对流动影响的一个准数,其定义为气体流速与当地音速的比值,即Ma=v(气体流速)/a(当地音速)。
可压缩流体和不可压缩流体的差别
①不可压缩气体中,声速传播很快,只要其中有压力扰动,就立即传播到各处。当(Ma)<<1时,扰动传播特性与不可压缩流体中扰动的传播特性很接近。因此,只有在气流速度很低的情况下,气体才可视为不可压缩流体。
②当气体流动的速度达到与声速可比,但(Ma)<1时,虽然压力扰动向各个方向传播,并且扰动波仍走在扰动源的前面,但扰动传播的图形已不对称了。这时气体表现出可压缩性。
③当(Ma)>1时,情况发生了根本变化。此时压力扰动不仅不能跑到扰动源的前面,而且仅限于圆锥内,如图d所示。马赫数越大,马赫角越小。
可压缩气体一元稳定等熵流动的基本方程:
以下依次是连续方程,动量方程,能量方程,状态方程

滞止状态:在流动中某一截面上气流速度为0的状态(υ=0);
临界状态:气体速度υ恰好等于当地音速a的状态,(即(Ma)=1) ;临界
参数与滞止参数的关系:
极限状态:如果一维稳定等熵气流某一截面上的T=0,则该截面上的气流速度达到最大值υmax。极限状态是达不到的,因为气体降到绝对0度以前,早已液化了,故叫极限状态。
气流参数与流通截面的关系:在渐缩喷管中,亚音速气流靠压力推动增加速度。其极限为音速。在渐扩喷管中,超音速气流靠气体膨胀增加速度。
在M<1,dA与dP同号而与dυ异号,气体在截面变小的管道中速度增加,而压强减少,而在截面变大,情况相反;在M>1,dA与dP异号而与dυ 同号,气体在截面变小的管道中速度减少,而压强增加,同样在截面变大后,情况相反。


欲使气体从静止加速到超音速,除了要满足(P/P0) <0.528,即足够大的静止压力外,还应使气体在一渐缩管中加速,直至在最小截面上达到音速。再在截面下游加一渐扩管,气体继续加速到超音速。这种先收缩后扩张的变截面管称为拉瓦尔喷管。

第九章 相似原理与模型研究方法

四种特征数:

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