第三章输运现象与分子动理学理论的非平衡态理6.pptVIP

第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 一、黏性现象的宏观规律 二、扩散现象的宏观规律 三、热传导现象的宏观规律 四、辐射传热 五、对流传热 六、气体分子平均自由程 七、气体分子碰撞的概率分布 八、气体输运系数的导出 九、稀薄气体的输运过程 输运过程 §3.1.1 层流与牛顿黏性定律 1 流动类型——层流和湍流 ???层流　在流动过程中，相邻质点的轨迹线彼此仅稍有差别，不同流体质点的轨迹线不相互混杂，这样的流动称为层流。 （管内层流时，流速由管壁处的零向轴心处逐渐增大） 湍流 质点除了沿着管道向前运动外，各质点还作不规则的，杂乱的运动，且彼此间相互碰撞，相互混合，质点速度的大小和方向随时发生变化，这种流型叫湍流或紊流。 4、切向动量流密度 5、流型的判据—雷诺数 ? 对管流而言，影响流型的因素有：流道的几何尺寸(管径r)、流动的平均速度v和流体的物理性质(密度ρ和粘度η)。 在描述流动的特征方面，英国的雷诺 1883 年提出用来比较粘性流体流动状态的无量纲数，即雷诺(Reynolds)数，以Re表示。其定义为  选学内容（开始） 泊肃叶 (Jean-Lous-Marie Poiseuille 1799~1869) ? 法国生理学家 他长期研究血液在血管内的流动。他发表过一系列关于血液在动脉和静脉内流动的论文。其中1840~1841年发表的论文《小管径内液体流动的实验研究》对流体力学的发展起了重要作用。他在文中指出，流量与单位长度上的压力降与管径的四次方成正比。此定律后称为泊肃叶定律。 由于德国工程师G．H．L．哈根在1839年曾得到同样的结果，Ｗ．奥斯特瓦尔德在1925年建议称该定律为哈根-泊肃叶定律。 泊肃叶和哈根的经验定律是G．G．斯托克斯于1845年建立的关于粘性流体运动基本理论的重要实验证明。现在流体力学中常把粘性流体在圆管道中的流动称为泊肃叶流动。医学上把小血管管壁近处流速较慢的流层称为泊肃叶层。 1913年，英国R．M．迪利和P．H．帕尔建议将动力粘度的单位以泊肃叶的名字命名为泊(poise)，1泊＝1达因·秒／厘米２。1969年国际计量委员会建议的国际单位制（SI）中，动力粘度单位改用帕斯卡·秒，1帕斯卡·秒＝10泊。 ? 2、泊肃叶（Poiseuille）定律 实际上，流体流动时，可能要经过粗细不同、长度不同等各种管道，此时总的流阻的计算与电阻的计算相似： 选学内容（结束） 例 半径为r、密度为ρ的小球，在密度为ρ‘、粘滞系数为η的流体中下落（ρρ），小球达到匀速运动时的速度（收尾速度）为多少？ 扩散现象斐克定律扩散系数扩散现象的微观解释 解：令CO粒子总数为N0。t时刻时左边容器中的CO粒子数为N1（相应的数密度为n1），右边为N2(相应的数密度为n2）.当N1N2时，左边容器中的CO粒子进入右边，则由斐克定律 热传导现象 傅里叶定律 热导率 热传导现象的微观解释  *热传导与电传导 1、热传导（导热） 若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分向低温部分传递，或从高温物体传向与之接触的低温物体。 各种物质的导热系数大致范围 金属：2.3--420 w/(m.k) 建材：0.25--3 w/(m.k) 绝缘材料：0.025—0.25w/(m.k) 液体：0.09—0.6 w/(m.k) 气体：0.006—0.4w/(m.k) （ii）多层圆筒壁 输运过程三个宏观规律的比较 (Comparison of Three Macroscopic Law of Transport Process) 作业 3.1.2； 3.3.5； 热传导现象的微观解释？导热系数与温度、压强的关系？ 3.6.4 在气体放电管中，电子不断与气体分子碰撞，因电子的速率远大于气体分子的平均速率，所以气体分子可以认为是不动的。设电子的“有效直径”比起气体分子的有效直径d来可以忽略不计。（1）求（1）电子与分子的碰撞截面；（2）电子与气体分子碰撞的平均自由程（以n表示气体分子数密度） 解：(1)  黏性现象的微观解释 (Microscopic Explanation of Sticky Phenomenon) 热传导的微观解释 Microscopic Explanation of Heat Conduction) 扩散现象的微观解释 (Microscopi