环境工程第四章传递过程原理(极力推荐).ppt

1、第四章是传播过程的基本原理。一根细金属丝系在圆板的中心，悬挂在空中。圆板旋转一个角度，扭曲金属线，然后松开。冷、热物体相互接触，蓝色从初始位置慢慢散开，即蓝色墨水的分子从高浓度向低浓度移动。一段时间后，杯子里的水的颜色趋于一致。圆盘以中心为轴旋转和前后摆动。随着时间的推移，摆动衰减并最终停止，动量被传递，热量将从热物体流向冷物体，最后两个物体的温度趋于一致。热传递，在一杯水中加入一滴蓝色墨水，质量传递，对于任何处于不平衡状态的系统，物理量会有不均匀的分布，从高强度区域到低强度区域，这就是传递过程。当系统中存在速度、温度和浓度梯度时，将分别发生动量、热量和质量的传递过程。动量传递是指动量从高速流

2、体层向低速流体层的传递，传热是指热量从高温区向低温区传递的温差，传质是指一种或几种组分从高浓度区向低浓度区的传递。相间电位差：压差(反渗透)、电位差(电渗析)、速度差、浓度差，传递过程的规律是研究环境工程问题的基础。转移过程研究物理量变化率的规律。动量传递、热量传递和质量传递在传递机理、传递过程和传递结果上非常相似。它们可以用相似的数学模型来描述，在描述这三者的一些物理量之间有一些数量关系。这些相似的关系和数量关系简化了对三种转移过程的研究。传递过程的机理描述了方程传递过程的相似性。第一节传递过程的机理，冷热物体相互接触。一杯热水放在冷水中，静止的蓝色从初始位置慢慢散开。长时间后，杯子里的水的

3、颜色趋于一致，热量将从热的物体流向冷的物体。最后，两个物体的温度趋于一致。在一杯水中加入一滴蓝色墨水，然后站着不动。搅拌冷水和/或热水？搅拌它？它是由分子的微观运动和流体胶束的宏观运动引起的，分子转移过程只发生在固体、静态流体或层流流体中。分子转移：由分子的不规则热运动引起的转移，涡旋转移：由宏观流体胶束的不规则混合运动引起的转移，涡旋转移发生在湍流中。在湍流运动中，流体中充满了旋涡，因此除了分子传递现象外，宏观流体胶束的不规则混合运动也引起动量、热量和质量的传递，极大地强化了动量、热量和质量的传递过程。第二节分子传递，分子运动引起的动量传递牛顿粘性定律分子运动引起的热量传递傅立叶定律质量传递

4、菲克定律分子运动引起的热量传递不同流体速度和不同动量分子的两个相邻层的运动动量传递，第一，动量传递，流体层之间的分子交换，这使得动量从高速层传递到低速层，结果产生阻碍流体相对运动的剪切应力“内耗”特性，表现为流体的粘性。不同的流体具有不同的粘度。粘度主要取决于流体本身的“内耗”特性。粘度：即在运动状态下，抵抗流体产生的剪切变形的性质，粘度1，粘度2，以及流体向壁面传递动量的结果，在壁面上出现剪切应力，这成为壁面抑制流体流动的力摩擦力。这是流体分子微观运动的宏观表现，内部摩擦力起作用，不断消耗流体的机械能，将其转化为热能，并消散流体的能量损失。流体输送过程中的阻力和能量损失选择动力机械和确定能量

5、消耗，设计混合和均匀分配系统(阻力)流体测量，1牛顿粘度定律，靠近板表面的流体和板表面之间没有相对位移，这称为无滑移，流体以层流运动，微分公式：剪应力，或单位面积内耗，n/m2；动态粘度系数，或动态粘度，或简称粘度，垂直于流动方向的速度梯度，或剪切变形率，1/s。负号表示剪应力方向与速度梯度方向相反。(1)牛顿粘性定律，动量传递的方向，动量的方向和剪应力的方向反映了流体流动时的角变形率，因为它很小，因此，角变形率为0，所以牛顿粘性定律揭示了剪应力与角变形率成正比。牛顿粘性定律指出，相邻流体层之间的剪应力，即流体流动时的内摩擦力，与垂直于流动方向的速度梯度成正比。牛顿粘性定律的另一种形式，2。动

6、粘度系数，单位法向速度梯度下流体粘度引起的剪应力。是流体的物理性质和粘度的影响因素。粘度随不同类型的流体而变化，并随压力和温度而变化。(1)流体类型：通常，在相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。(2)压力：气体的粘度随压力的增加而增加，而低密度气体和液体的粘度随压力变化不大。对于普通流体，如水和气体，粘度随压力变化很小，这通常可以忽略不计。温度是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度降低，气体的粘度增加。液体：内聚力是产生粘度的主要因素。当温度升高时，分子之间的距离增加，吸引力减小，从而降低了剪切应力和粘度。气体：气体分子之间的距离大，内聚力小，所以粘度主要是气体分子动量交换的结果。随

7、着温度的升高，分子运动加快，动量交换频繁，粘度值增加。水和空气在常压下的粘度。流体分类、流体的剪切应力和剪切变形率之间的关系曲线。环境工程中常见的非牛顿粘性流体包括泥浆、中等固体含量的悬浮液等。属于粘塑性流体、粘塑性流体和宾汉模型。解：如果液体层界面处的速度为U，剪应力分布为：在液体层界面上，上层，下层，例画出板间液体的速度分布图，使板间液体流动为层流，流速呈直线分布。上层和下层分布在剪应力中。例2:一个底部面积为40.45平方厘米、高度为1厘米、质量为5公斤的木块，以恒定的速度沿着涂有润滑油的斜坡向下移动。众所周知，木块的移动速度为u=1m/s，油层厚度为1 mm，由木块驱动。mg sinA

8、=0，2，热传递，热传递可以发生在气体、液体和固体物质中，但是传递的模式和机制不同。气体的传热是气体分子在不规则热运动中碰撞的结果。固体以两种方式传热：晶格振动和自由电子迁移；液体的结构介于气体和固体之间，分子可以做小位移。热传递是由于分子的振动和分子之间的碰撞。物质的热导率主要是分子传递现象的表现。傅立叶定律、(1)傅立叶定律，热流与温度梯度成正比，负号表示沿温度降低方向的传热，(2)傅立叶定律的另一种形式，2。导热系数，(1)气体的导热系数随温度增加而增加，温度大约等于绝对温度。一般来说，压力对其影响不大，但在高压(高于200兆帕)或低压(低于2.7千帕)下，气体的导热系数随压力的增加而增

9、加。对于同一物质，k值可能随不同方向而变化；k值随温度变化。(3)影响固体热导率的因素很多，纯金属的热导率随着温度的升高而降低。相反，合金随着温度的升高而增加。晶体的热导率随着温度的升高而降低，而非晶的热导率则相反。(2)液体的导热系数随温度的升高而降低(水和甘油除外)，压力对其影响不大。(2)在液体中，水的导热系数最大，在20时为0.6W(mK)。因此，水是工程中最常用的导热介质。(3)金属的热导率比普通非金属的热导率大得多。在非金属中，石墨的导热系数最高，达到100200瓦(mK)，高于普通金属。同时，由于其耐腐蚀性，石墨是制造耐腐蚀热交换器的理想材料。水的导热系数比空气的导热系数大得多，

10、受潮湿影响后，保温材料的保温性能会大大降低。因此，室外保温管道必须注意防潮。(1)气体的导热系数很小，不利于导热，但有利于隔热保温。多孔材料是工业上常用的绝热材料，它利用间隙中存在的气体来降低热导率。液体的热导率，k，k，k，k，k，k，k，质量转移和分子扩散是分子随机运动的结果。分子扩散可以发生在气相、液相和固相。浓度差、温度差、电场或磁场都可能导致分子扩散。菲克定律，当c为常数，cA=cxA，组分a的质量分数为，表示扩散通量与浓度梯度成正比，负号表示组分a向浓度降低的方向转移。菲克定律表达的物理意义是：浓度梯度引起的组分A在Y方向的质量流量=(质量扩散系数)(组分A在Y方向的质量浓度梯度)

11、，2。分子扩散系数和扩散物质在单位面积和单位浓度梯度下的扩散速率，它们是表征物质分子扩散能力的物理常数(1)气体、液体和固体的扩散系数的数量级分别为10-510-4、10-910-10和10-910-14 m2/s。(3)对于双组分气体体系，扩散系数与总压成反比，与绝对温度的1.75次方成正比，即(2)低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的升高而减小。第三节涡流传递、涡流动粘度系数、涡流导热系数、涡流质量扩散系数、涡流热通量、涡流剪切应力(动量通量)、涡流传递系数不是物理性质，它受流体宏观运动的影响，有许多影响因素。由涡流扩散引起的组分A的质量通量与第4节中的传递现象相似，但这三个传递过程具有以下特征：分子传递中的动量、热量和质量传递在传递机理、数学表达式和传递特征量方面是相似的。动量传递，热量传递，质量传递，三种不同的