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《动量、热量、质量传输原理》 前 言 二 传输原理课程的重要性 三.如何学好本课程 第一篇 动量传输 第一章 动量传输的基本概念 1.1 流体的特性 1.2 流体的密度和重度 1.4 作用力、能量、动量 本章小结 2.1 流体流动的起因 2.2 连续介质及质点 欧 拉（L.Euler，1707－1783） 经典流体力学的奠基人，1755年发表《流体运动的一般原理》，提出了流体的连续介质模型，建立了连续性微分方程和理想流体的运动微分方程。 连续介质 质 点 2.3(3.1) 流体的粘性及牛顿粘性定律 牛顿粘性定律 牛顿（Isaac.Newton，1642-1727) 英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。 牛顿流体和非牛顿流体 牛顿流体和非牛顿流体 2.4(2.8) 流体的流动性质 雷 诺（O.Reynolds，1842-1912）1883年用实验证实了粘性流体的两种流动状态──层流和紊流的客观存在，找到了实验研究粘性流体流动规律的相似准则数──雷诺数，以及判别层流和紊流的临界雷诺数，为流动阻力的研究奠定了基础。 层流与紊流的区别在于： 层流：流层之间无流体质点的宏观横向掺混，只有微观分子运动存在; 紊流：流层之间有质点的宏观横向掺混，这是由于涡体的作用所产生的结果。 雷诺在实验中提出确定两种流动状态的转变条件： 流体质点在运动中同时受惯性力和粘性力的作用，当u↑,ρ↑，则惯性力↑，易受扰动形成涡体。 而μ↑，易保持质点原有运动状态，限制质点不规则运动，即保持层流容易。 对d而言，d↑，管壁，对流体的接触面积相对减少，管壁对整个流体运动的作用相对减少，易形成紊流。 紊流脉动的特征 2.5(2.9) 附面层(边界层) 附面层(边界层)的概念是1904年德国科学家普朗特提出的。 边界层的定义 设有速度均一的流体，平行流入平板表面，由于流体的粘性，在表面附近将产生一具有速度梯度的流体层——称流体层为边界层(附面层). 边界层的厚度 理论上讲，边界层厚度为自板面起到流体速度达到来流速度为u0为止处的厚度。极端地，边界层厚度为无限厚。故规定：自板面起流速增至0.99u0处的厚度为速度边界层厚度?。 边界层的特点 边界层内有速度梯度，边界层外速度均一为来流速度。 x↑→?↑ 流入平板的开始阶段，?小，粘性力起主导作用，是层流；随x ↑，?变大，惯性力占主导地位，由层流过度为紊流，在紊流区靠近表面处仍有一层流底层区存在。 层流→紊流的判据 管内流动的边界层 管流边界层不存在主流区，故严格的讲管流情况下是不符合边界层的定义的。 2.6 流体运动的描述方法 流场：流体运动所充满的空间称流场。 流场的特征：与流体流动相关的物理参量随时间及空间变化的函数关系，就称为流场的特征。如： 研究流体运动的方法 思考题1 自然流动 牛顿流体：剪应力和变形速率满足线性关系。 非牛顿流体：剪切应力和变形速率之间不满足线性关系的流体。 韦森堡效应 牛顿流体 非牛顿流体 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. A：塑性流体；乳液、沙浆、矿浆 C A B D ?yx ?0 B：似塑性流体，n1；油漆、纸浆液及高分子溶液； C：牛顿流体，n=1； D：胀塑性流体，n1；粘土、石灰及水泥岩的悬浮液。 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 层流(片流)：所有质点按同方向作平行流动，质点没有宏观横向掺混的流动，称为层流。 湍流(紊流)：各质点速度的方向不同，且其大小、方向均随时间变化的流动称紊流。即质点作复杂的无规则运动所构成的流动。 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 雷诺实验 Evaluation only. Created with Aspos