化工传递过程--第一章-传递过程概论

第一章传递过程概论传递现象是普遍现象：动量、热量、质量服从一定规律：从高强度区向低强度区转移三者有许多相似之处。牛顿粘性定律

Newton’slawofviscosityyx正负号问题：三维流动，应力有9个。牛顿型流体与非牛顿型流体1.牛顿型流体；2.胀塑性流体，如浆糊，云母悬浮液，流沙；3.假塑性流体，如油漆、纸浆、高分子溶液；4.塑性流体，如泥浆、污水、有机胶体等。du/dy4321τ分子传递与涡流传递分子传递：分子的微观运动引起的；涡流传递：由旋涡混合造成的流体宏观运动引起的。动量传递与粘性定律动量朝速度降低的方向传递。傅里叶定律导热现象：t1t2热量朝温度降低的方向传递。费克定律质量朝浓度降低的方向传递。动量、热量质量传递相似形式相似：各过程所传递的物理量与其相应的强度梯度成正比；沿负梯度（降度）的方向传递；各式的系数（μ、α、DAB）只是状态函数，与传递的物理量或梯度无关（传递性质和速率的物性常数）。动量通量、热量通量与质量通量的普遍表达式（通量）＝—（扩散系数）×（浓度梯度）ν，α，DAB

分别称为动量扩散系数、热量扩散系数和质量扩散系数层流流动湍流流动涡流传递的类似性ε，εH和εM分别为涡流粘度、涡流热量扩散系数和涡流质量扩散系数。单位与层流时相同，均为综合起来：园管中的稳态层流τpp-ΔpLrir稳态：推动力＝阻力园管中的稳态层流湍流层流层流流动状况要点总结掌握三个定律以及它们之间的相似性：牛顿粘性定律、傅里叶定律、费克定律。分子传递与涡流传递。总质量、总能量和总动量衡算总衡算与微分衡算选择控制体（ControlVolume)，可大可小分析控制体与外界之间关系：进、出、流股状态；根据守恒定律（质量、能量和动量）建立数学关系：进＝出＋累出—入＋累＝0入累出总衡算和微分衡算总质量衡算方程简单几何体的质量衡算出—入＋累＝0W2-W1＋dM/dθ=0多组分系统(P14)对每一组分：Wi2-Wi1＋dMi/dθ=0对总体：W2-W1＋dM/dθ=0W1MW2有化学反应的体系入＋化学反应产生量（R）＝出＋累积对每一组分：W’i2-W’i1＋dM’i/dθ=R’i对总体：W’2-W’1＋dm’/dθ=∑R’I通用的总的质量衡算方程出—入＋累＝0=质量输出流率—质量输入流率dAα

nu面积分的意义①为正时，有质量的净输出；②为负时，有质量的净输入；③为0时，无质量输入和输出。简单情况＝-+

=-+=ρ2ub2A2—ρ1ub1A1ρ2ub2A2—ρ1ub1A1＋=0A1A2总能量衡算热力学第一定律：体系能量的变化＝体系吸收的热—对环境所做的功。ΔE=Q-W（J/kg,比能）体系放热Q为负，吸热为正；环境对体系所做的功W为负，对环境做的功为正E=U＋gz+u2/2环境输入热—对环境做的功＝流体输出功—环境对流体的输入功＋能量累积（入1＋入2）—（出1＋出2）＝累积总能量衡算经dA的质量流率ρuconαdA经dA的能量流率ρuEconαdA流体输出能量速率—流体输入能量速率：

体系瞬时的总能量Et：Et=

累积速率＝总能量衡算环境输入热速率＝q(J/s)对环境作功速率＝W＊总能量衡算式：＋＝q-W＊W＊分为轴功W＊S（机械设备所做功）和流动功二部分W＊＝W＊S＋Pv＝p/ρ:每公斤流体所做流动功v=1/ρ（m3/kg)比能＝q-Ws＊

总能量衡算＝q-Ws＊∵H=U＋pv∴＝q-Ws＊总动量衡算动量守恒：系统的动量变化速率等于作用在系统上，方向为净力方向的合外力牛顿第二定律：F=ma=m*(u2-u1)/Δt动量mu

mu通用的总动量衡算方程线动量P=Mu∑F=∑F＋入＝出＋累积动量速率：出—入＋累积＝∑F通用的总动量衡算方程通过dA的质量流率：W=ρuconαdA通过dA的动量流率：Wu=u(ρu)conαdA通过A的总质量流率：动量输出—动量输入＝累积＝∵∑F=＋在x、y、z三方向的分量∑Fx=＋∑Fy=＋∑Fz=＋应用实例1：流体通过弯管水稳定流过弯管，D=0.05m，u＝20m/s,进口压力P1’=1.5×105Pa（表压），出口压力P2为大气压，摩擦力及重力的影响可忽略，计算此管所受的合力的量值及方向。流体通过弯管RxRyθR实例2

喷射搅拌槽内气流穿透的距离应用实例3：突然扩大（P30）突然扩大（P30）突然扩大（P30）录像：文丘里管流动状况总质量、总能量和总动量衡算方程＝q＋W＊∑F=＋动量：能量：质量：质量、能量和动量总衡算和微分衡算方程比较＝q＋W＊∑F=＋动量：能量：质量：总结三个衡算方程的推导；动量衡算方程的特殊性（矢量）；应用作业P321,3，5，8，9,10补充题：温度为298K的水，以0.5cm3/s的体积流速流过内径为2m的毛细管，试计算管壁处的剪应力，以N/m2表示。P32-1解：t＝68F＝20℃，u=1.2ft/s＝1.20.3048=0.36576m/sd=1.5in＝1.