[研究生入学考试]2010传递讲义1.ppt

* * 作业：3、4、14（选作，数理天赋） * * * 微分平衡方法示例：热传导问题建模 * 续例1-1. 微分平衡方法示例：热传导问题建模 * 续例1-1. 与材质无关 微分平衡方法示例：热传导问题建模 “看得见的温度分布” * 2 流体流动的机理和模型化 [目的] 1 了解传递过程的基本概念。 2 掌握牛顿黏性定律，能够应用该定律，通过微分平衡建立简单的传递过程模型并作计算分析。 3 掌握连续性方程的推导及方程中各项的物理含义、分析计算（如随体导数、加速度等）。 4 了解动量方程的导出方法，掌握方程中各项的物理含义以及简化方程的方法。 5 了解上述微分衡算方程在不同坐标系中的形式，以及在简化条件下的形式。 流动的空气、水和天空中的流云 流动的空气、水和天空中的流云 流动和/ 或动量传递现象 流动和/ 或动量传递现象 N=6 s-1 (a) Q=5m3/hr； (b) Q=15m3/hr； (c) Q=25m3/hr * 2.1 流体与流动的基本概念 ? 传递过程的连续介质假设： 物理空间由连续的且充满介质的质点或微团构成。质点或微团有两个含义：1）微观足够大，使得统计平均得到稳定的物理量；2）宏观足够小，远小于系统的特征尺度，使微团内的物理量可视为均匀。例如流体密度： 如此可以将物理量作为空间和时间坐标的连续函数，便于数学处理。如 * 传递过程的连续介质假设 * 2.1 流体与流动的基本概念 ? 传递过程中常见的物理量 标量----无方向性的数量，如温度，浓度。 矢量----有方向和大小，如速度矢量 据此，空间上区分为一维（one dimensional）、二维等过程；在时间上划分为稳态(定态，steady) 和非稳态（unsteady）过程。 速度和速率？ * 2.1 流体与流动的基本概念 值得注意，压强（压力）的定义式为 压强的作用方向为作用面的内法矢方向。 ? 流型（流态，flow pattern）和Reynolds数 Reynolds实验揭示流动存在层流和湍流两种基本形态，定量划分的依据是Reynolds数 * 2.1 流体与流动的基本概念 其中： L--特征长度（如管径），U--特征速度（如平均速度）。 一般，Re2000为层流；Re10000为湍流；其间为过渡状态或间歇湍流。 ? 分子扩散和涡（湍）流扩散： 分子扩散（Molecular diffusion）：由分子的无序热运动导致的传递。 涡流扩散（Eddy or turbulent diffusion）：定义流体中具有拟序结构的流体微团为涡团（eddy），则由于涡团运动所致的传递称涡流传递。 * Random walk * Large eddy 传递 对流传递：混合物宏观流动 扩散传递 分子扩散：分子热运动 涡流扩散：涡团湍动 传递定性描述：Revisited * 2.2 动量传递的基本定律 动量传递的物理图景 ?传递机制 流体具有粘性 流体层间产生摩擦力 导致动量传递（扩散） ?传递方向与梯度方向 梯度(正)方向 传递方向 * 动量传递的牛顿粘性定律 2.2 动量传递的基本定律 * 关于牛顿粘性定律的几点讨论 1）牛顿粘性定律的微观解释（层流下动量扩散的图景） * 关于牛顿粘性定律的几点讨论 1）牛顿粘性定律的微观解释 动量 通量 或应力 * 2）动量传递的唯象方程和物理含义 关于牛顿粘性定律的几点讨论 * 3）符合牛顿粘性定律的流体（即剪应力与速度梯度成正比）称为牛顿流体。不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流体，如假塑性流体的剪应力关系为 动力粘度为零（无粘性）的流体为理想流体。 关于牛顿粘性定律的几点讨论 * Sir Isaac Newton1642-1727 A professor at Cambridge University and later Master of the Mint. 造币厂 * 第一次作业：下周一交 1）传递过程的基本机制有哪两种，各自的含义？ 2）举例说明传递面积、通量和速率间的定量关系。 3）分子扩散和涡（湍）流扩散的概念。 4）传递问题的两种衡算建模方法的基本思路？其间有什么区别和共性？ * * * * * * * * * * 水合肼（hydrazine hydrate）生产中的含氨废水排放问题 用作制药原料、显像剂、抗氧剂、还原剂等,也用于制发泡剂等。废水原来没有处理，直接排放到长江中去。自四川省发生沱江污染后，严查排放，致使企业不能排放污水。工厂拟扩产实现更大经济效益，但是由于不能排放，面临着将老系统关门和停产的问题。所以，要将废水中的氨抽提、汽提或精馏出来，得到合格排放的水，同时将氨在塔顶富集，回收其中的氨，这样可