冶金傳輸原理復(fù)習(xí)

流體：流體是一種受任何微小剪切應(yīng)力作用能持續(xù)變形的一種物質(zhì)流體的粘性：流體在變形或流動時，其本身所具有的阻滯流動或變形的性質(zhì)。流體的粘度：衡量流體粘性大小的物理量;可壓縮性：指在壓力作用下，流體的體積發(fā)生明顯的變化。理想流體:粘性為0的流體（實(shí)際并不真正存在）實(shí)際流體:具有粘性的流體壓強(qiáng)：垂直作用于單位面積流體上的壓力，稱為壓強(qiáng)。壓強(qiáng)表示方法：一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的精確值為101.325Pa，它是指一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓比絕對零壓高101.325Pa。絕對壓強(qiáng)：凡是用絕對零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng)，稱為絕對壓強(qiáng)。表壓：表示流體的絕對壓強(qiáng)比大氣壓高出的數(shù)值。表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)-大氣壓強(qiáng)P=F/A表面力：指作用在所研究流體表面上的力，是流體微團(tuán)與周圍環(huán)境在界面產(chǎn)生的相互作用力，如壓力、粘性力和表面張力等。表面力的大小與其表面積的大小呈正比，是作用在表面上的力。體積力（質(zhì)量力）：指作用在流體內(nèi)所有流體質(zhì)點(diǎn)上，且與質(zhì)量成正比的力，它本身是一種非接觸力。如重力、慣性力、電磁力等。質(zhì)量力的大小與其質(zhì)量的大小呈正比，它可以遠(yuǎn)距離作用在流體內(nèi)部的每一個質(zhì)點(diǎn)上。故稱遠(yuǎn)程力。流體流動的起因及分類：自然流動：無外力作用，由于流體本身的性質(zhì)導(dǎo)致的流動。(河水，風(fēng)…）。強(qiáng)制流動：在外力作用下產(chǎn)生的流體的流動。（自來水管，水泵…）h強(qiáng)制＞h自然速度場：速度在空間和時間上的分布狀態(tài)。速度梯度：垂直于流體運(yùn)動方向的速度變化率，或稱速度梯度。邊界層：受固體壁面的影響速度急驟變化的區(qū)域0≤y≤δ(x)為邊界層穩(wěn)態(tài)流動：在流體的任何空間點(diǎn)處，流體的速度即其他物理量均不隨時間而改變，僅與空間位置有關(guān)非穩(wěn)態(tài)流動：在流體的任何空間點(diǎn)處，流體的速度和其他物理量只要有一項(xiàng)隨時間而改變，這時運(yùn)動要素就不僅與這些點(diǎn)的空間位置有關(guān)，而且與時間有關(guān)動量通量：單位時間通過單位面積的動量量，稱為動量通量。動量通量=mu/(t.A)=ρu2流動量通量：由于流體流動引起的動量傳輸，即前述定義式；其傳輸方向與流體流動方向一致?！適=ρuAt∴動量通量=mu/(t·A)=ρu2粘性動量通量:動量通量=mu/(t·A)=ma/A=F/A=τ根據(jù)牛頓粘性定律：對于不可壓縮流體，粘性動量通量可表示為：流體密度：單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體密度。用e表示比容：是指單位質(zhì)量流體所具有的體積。用ν表示混合流體平均密度：式中：xa，xb為混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。xA，xB為混合物中各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)(1)液體流體：一般認(rèn)為混合前后體積不變，平均密度的計(jì)算式為：(2)氣體流體：混合前后質(zhì)量不變，平均密度的計(jì)算式為：阻力損失：∑hf＝h1+hf；h1—局部阻力損失，hf—直管摩擦阻力（沿程阻力）損失。減少流體阻力的方法：eq\o\ac(○,1)在不影響管路布置的情況下，盡可能縮短管路長度。eq\o\ac(○,2)管道中盡可能減少管件和閥件；截面的變化盡可能采用逐漸增加或減少的方式。eq\o\ac(○,3)適當(dāng)放大管徑，降低流速。eq\o\ac(○,4)盡量選擇光滑管道流動型態(tài)：層流流動與湍流流動。層流:質(zhì)點(diǎn)作有規(guī)則的流動,運(yùn)動中質(zhì)點(diǎn)之間互不混雜,互不干擾。湍流:質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動非?；靵y.影響因素：流速，流體密度、粘度及管徑都會影響流動型態(tài)，雷諾數(shù)：Re=ρud/μ或Re=ud/υ射流：當(dāng)流體由噴嘴噴射到一個足夠大的空間時，流股由于脫離了原限制環(huán)境，而在空間中繼續(xù)流動擴(kuò)散，這種流動叫射流。分類：自由射流半限制射流限制射流沿射流方向可將射流分為兩段：初始段和主段；初始段：即射流中心速度仍為初始速度的區(qū)段，長度大約是噴管直徑的6倍。（即射流核心區(qū)和射流邊界層）。主段：即中心速度逐漸減小的區(qū)域（射流邊界層區(qū)）。轉(zhuǎn)折截面：由始段向主段轉(zhuǎn)變的截面。其特點(diǎn)是只有中心一點(diǎn)的速度為初始速度。射流核心區(qū)：保持速度為初始速度的區(qū)域。射流極點(diǎn)：射流外邊界線逆流向延長線的交點(diǎn)。自由射流的動量守恒半限制射流的附壁效應(yīng)：流體遇到不對稱邊界條件時偏向固體一側(cè)流動的現(xiàn)象拉瓦爾管：先收縮后擴(kuò)張的噴管。拉瓦爾管可以使高壓氣體流出時其靜壓能充分轉(zhuǎn)化為動能馬赫數(shù)：可壓縮性氣體流動過程中，其實(shí)際流速與當(dāng)?shù)貤l件下的標(biāo)準(zhǔn)音速之比。M=u/usM：馬赫數(shù)；u：氣體實(shí)際流速；us：當(dāng)?shù)匾羲?。溫度和壓力對流體密度的影響（尤其氣體）雷諾數(shù)：Re=ρud/μ或Re=ud/υ。對光滑圓管，Re<2300，層流；Re>4000，湍流。平板：Rec＜10^5為層流邊界，10^5＜Rec＜5*10^5為湍流邊界獲得超音速流動的條件：P1＞2P0；管嘴為先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾管。壓縮性氣體流出的特點(diǎn)：eq\o\ac(○,1)氣體流出后，隨壓力下降，速度增加，在不受介質(zhì)干擾的情況下（合理的拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)），直到與環(huán)境壓力相等（P=P0），流速達(dá)到最大。eq\o\ac(○,2)流出氣體的流股截面存在極小值，即臨界截面。臨界速度為臨界條件下的音速。獲得音速的條件是氣體原始壓力高于環(huán)境壓力（P1＞P0）。eq\o\ac(○,3)獲得超音速流動必須同時具備兩個條件：P1＞2P0；噴嘴為拉瓦爾結(jié)構(gòu)。牛頓粘性定律:①牛頓粘性定律的表達(dá)式為：②單位面積上的粘性力稱為粘性剪切應(yīng)力或切應(yīng)力流體的連續(xù)性方程伯努利方程伯努利方程應(yīng)用條件：(1)流體運(yùn)動必須是穩(wěn)態(tài)流動，且是不可壓縮流體。(2)在所討論的兩有效斷面間必須沒有流量的輸入或輸出。(3)當(dāng)在所討論的兩有效斷面間有能量輸入（如水泵）時況，應(yīng)按總能量的守恒和轉(zhuǎn)化規(guī)律列出能量方程。傳熱物質(zhì)體系內(nèi)，溫度在空間和時間上的分布狀態(tài)稱為該體系的溫度場。溫度梯度指溫度場中任意一點(diǎn)沿等溫面法線方向的溫度增加率等溫面指在溫度場中同一瞬間，溫度相同的各點(diǎn)組成的面等溫線指任意一平面與等溫面相交的交線熱量的傳輸有三種基本方式，即導(dǎo)熱，對流傳熱和輻射傳熱。導(dǎo)熱:熱量從物體中溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分，或從高溫物體傳遞到與之接觸的低溫物體的過程。（原理）溫度不同的物質(zhì)由于直接接觸，沒有物質(zhì)的相對宏觀運(yùn)動時發(fā)生的熱量傳輸現(xiàn)象。其實(shí)質(zhì)是由于微觀質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動。（特點(diǎn)）導(dǎo)熱只發(fā)生在溫度分布不均勻的物體內(nèi)部，或彼此接觸的溫度不同的兩種物體的接觸面之間。對流傳熱:指流體流動時，冷熱流體互相摻混所引起的熱量傳輸過程。（原理）指流體中各部分間發(fā)生相對位移而引起的熱傳遞現(xiàn)象。輻射傳熱:物質(zhì)靠電磁波的發(fā)射與吸收來進(jìn)行能量傳遞的過程.空間各點(diǎn)的溫度將不隨時間的變化而變化，僅是位置的函數(shù)，發(fā)生在穩(wěn)態(tài)溫度場內(nèi)的傳熱叫穩(wěn)態(tài)傳熱。發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)溫度場中的傳熱即為非穩(wěn)態(tài)傳熱。導(dǎo)熱系數(shù)λ：根據(jù)傅里葉定律：W/(m·℃)λ越大，該物質(zhì)的導(dǎo)熱能力就愈強(qiáng).熱量傳輸系數(shù)α的定義：m2/s在所討論的時間之內(nèi)，溫度擾動已波及整個物體時為有限厚物體。溫度擾動不能波及整個物體時為無限厚物體。Bi＜0.25為薄材；Bi＞0.5為厚材當(dāng)物體將投射到其表面上的能量全部吸收時，即：r=d=0，a=1時，叫理想黑體，簡稱黑體當(dāng)物體將投射到其表面上的能量全部反射時，即:a=d=0：r=1時，叫理想白體,簡稱白體當(dāng)物體將投射到其表面上的能量全部透射時，即a=r=0,d=1時，叫透熱體。氣體輻射的特點(diǎn)。對于氣體，r=0a+d=1角度系數(shù)的定義及性質(zhì)叫表面i對表面j的角度系數(shù)。注意：分母中包含有兩部分，一部分是自身輻射，一部分是反射輻射。因此，實(shí)際物體的輻射力用下式計(jì)算：E=εEb=εC0(T/100)4W/m2灰體：單色吸收率和單色黑度與波長無關(guān)的物體。即灰體的吸收率和黑度只與其自身的條件有關(guān)，而與投射物體無關(guān)?；殷w也是一種理想化的物體。由于灰體的吸收率和黑度與投射物體無關(guān)，所以不用滿足克西荷夫定律所要求的條件。a=e輻射力：E單位時間，單位表面積向半球空間輻射出的全部，波長（0--∞）范圍的能量。W/m2投來輻射Qi，單位時間，投射到單位面積上的輻射能。W/m2反射輻射Qr，單位時間，單位面積反射出的輻射能。即物體表面對投來輻射的反射。W/m2吸收輻射Qa，單位時間，單位面積吸收的輻射能。即物體表面對投來輻射的吸收。W/m2有效輻射QJ，單位時間，單位面積輻射出的總的能量。包括兩部分：自身輻射和反射輻射。W/m2即：QJ=Qs+Qr=εEb+(1-a)Qi12.對流傳熱系數(shù)。定義式：對流傳熱系數(shù)影響因素：eq\o\ac(○,1)流動的起因(強(qiáng)制,自然)。eq\o\ac(○,2)流速(u)。eq\o\ac(○,3)物性(ρ,μ,λ,cp,tf,tw）。eq\o\ac(○,4)傳熱面的幾何形狀及相對位置F熱阻是單位面積的熱阻叫單位熱阻(1-e)/e。表面熱阻僅與表面的性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)表面為黑體時，則表面熱阻為零，說明物體不是黑體，相當(dāng)于有一個熱阻。熱流量：單位時間內(nèi)通過某一給定面積F的熱量叫熱流量。用Q來表示，單位為W。熱通量：是指在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量，亦稱熱流密度,用q表示，單位為:W/m2熱流量與熱通量的關(guān)系：Q=qF。熱流量是表現(xiàn)熱量傳輸速率的一個物理量.牛頓冷卻公式二牛頓冷卻定律（公式）Q=hΔTA=h(Tf－Tw)Aw；q=hΔt=h(Tf－Tw)w/m2。畢歐準(zhǔn)數(shù)：傳熱過程中導(dǎo)熱物體內(nèi)部熱阻與導(dǎo)熱體與介質(zhì)間表面熱阻之比Bi越小導(dǎo)熱越好，溫差越小努塞爾準(zhǔn)數(shù)：表示對流換熱強(qiáng)烈程度的一個準(zhǔn)數(shù)，又表示流體層流底層的導(dǎo)熱阻力與對流傳熱阻力的比。普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=ν／a物理意義:動量傳輸系數(shù)與熱量傳輸系數(shù)的比值。即：兩種傳輸能力之比。斯蒂芬—波爾茨曼定律dEb=IbldlW/mW/m2s0=5.675×10-8W/(m2K4)通常，將斯蒂芬—波爾茨曼定律表示為：Eb=C0(T/100)4式中：C0=5.67W/(m2K4)叫黑體的輻射系數(shù)。物體對輻射能的反射、吸收及透過之間的關(guān)系。濃度場某組分濃度在空間的分布及隨時間變化規(guī)律叫該組分的濃度場，濃度梯度同速度、溫度一樣，梯度的定義為gradC=dC/dy即在傳質(zhì)方向上單位距離的濃度變化量質(zhì)量傳輸?shù)幕痉绞剑悍肿訑U(kuò)散傳質(zhì)和對流傳質(zhì)eq\o\ac(○,1)分子擴(kuò)散傳質(zhì)從本質(zhì)上說，它是依賴微觀粒子的隨機(jī)的分子運(yùn)動所引起的。當(dāng)體系存在濃度差時，濃度大的分子破壞了均衡態(tài)而導(dǎo)致了定向的分子運(yùn)動，促使?jié)舛却蟮膮^(qū)域的分子趨向濃度小的區(qū)域，而達(dá)到濃度一致，從而完成宏觀的質(zhì)量傳輸。通常情況下，分子擴(kuò)散傳質(zhì)是很緩慢的，傳遞的質(zhì)量亦是很少的。（相似于導(dǎo)熱）eq\o\ac(○,2)對流傳質(zhì)主要發(fā)生在流動介質(zhì)不同濃度之間或相際的不同濃度之間，即發(fā)生在流體內(nèi)部，流體與流體的分界面或流體與壁面間，此時，質(zhì)量傳遞與動量傳遞密切相關(guān)。由于對流傳質(zhì)是非?；钴S的，往往可將分子擴(kuò)散傳質(zhì)忽略不計(jì)。穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)：在穩(wěn)態(tài)濃度場中傳質(zhì)即為穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)。擴(kuò)散系數(shù)(Di)單位（m2/s）同n、a的一樣，是一個很重要的參數(shù)，是一物性參數(shù)，F(xiàn)ick定律即為其定義式，其數(shù)值的大小反映了物質(zhì)擴(kuò)散能力的大小。一般而言，Di與物質(zhì)的種類、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、溫度、壓力、濃度等有關(guān)。對流傳質(zhì)系數(shù)kc的定義：NA=kc(CAf—CAw)Fmol/skc：對流傳質(zhì)系數(shù),m/s；F：傳質(zhì)面積，m2;CAf：流體中A的濃度，mol/m3;CAW：壁面上組分A的濃度，mol/m3該式即為對流傳質(zhì)系數(shù)的定義：kC=NA/(ΔCAF)即單位時間內(nèi)通過單位面積，當(dāng)△CA=1時的傳質(zhì)量擴(kuò)散速度是指某組分在濃度梯度的作用下進(jìn)行分子擴(kuò)散時