传递过程原理 第一章
化工传递过程讲义
《化工传递过程》讲稿【讲稿】第一章 传递过程概论（4学时）传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。
传递过程：物理量（动量、热量、质量）朝平衡转移的过程即为传递过程。
平衡状态：物系内具有强度性质的物理量如速度、温度、组分浓度等不存在梯度。
*动量、热量、质量传递三者有许多相似之处。
*传递过程的研究,常采用衡算方法。
第一节 流体流动导论流体：气体和液体的统称。
微元体:任意微小体积。
流体质点：当考察的微元体积增加至相对于分子的几何尺寸足够大，而相对于容器尺寸充分小的某一特征尺寸时，便可不计分子随机运动进出此特征体积分子数变化所导致的质量变化，此一特征体积中所有流体分子的集合称为流体质点。
可将流体视为有无数质点所组成的连续介质一、静止流体的特性（一）流体的密度流体的密度：单位体积流体所具有的质量。
对于均质流体 对于不均质流体点密度dVdM d =ρ *流体的点密度是空间的连续函数。
*流体的密度随温度和压力变化。
流体的比体积：单位流体质量的体积。
MV =υ （二）可压缩流体与不可压缩流体可压缩流体：密度随空间位置和时间变化的流体，称为可压缩流体。
(气体)不可压缩流体：密度不随空间位置和时间变化的流体，称为不可压缩流体。
(液体)（三）流体的压力流体的压力（压强，静压力）：垂直作用于流体单位面积上的力。
A P p =（四）流体平衡微分方程1.质量力(重力)单位流体质量所受到的质量力用B f 表示。
在直角坐标z y x ,, 三个轴上的投影分量分别以 X ﹑Y ﹑Z 表示。
B F V M =ρ2.表面力:表面力是流体微元的表面与其临近流体作用所产生的力用Fs 表示。
在静止流体中，所受外力为重力和静压力，这两种力互相平衡，利用平衡条件可导出流体平衡微分方程。
916:16化工传递过程基础黄山学院化学系首先分析x 方向的作用力，其质量力为由静压力产生的表面力为XdxdydzdF Bx ρ=dydz dx x p p pdydz dF sx ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+-=12(五)流体静压力学方程流体静压力学方程可由流体平衡微分方程导出。
传递过程原理作业题解(1-7章)
第二章1. 对于在r θ平面内的不可压缩流体的流动，r 方向的速度分量为2cos /r u A r θ=-。
试确定速度的θ分量。
解：柱坐标系的连续性方程为11()()()0r z ru u u r r r z θρρρρθθ∂∂∂∂+++='∂∂∂∂对于不可压缩流体在r θ平面的二维流动，ρ=常数，0,0z z u u z∂==∂，故有11()0r u ru r r r θθ∂∂+=∂∂ 即22cos cos ()()r u A A ru rr r r rθθθθ∂∂∂=-=--=-∂∂∂将上式积分，可得22cos sin ()A r A u d f r r θθθθ=-=-+⎰式中，()f r 为积分常数，在已知条件下，任意一个()f r 都能满足连续性方程。
令()0f r =，可得到u θ的最简单的表达式：2sin A u r θθ=-2．对于下述各种运动情况，试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述，并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化，指出简化过程的依据。
（1）在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动； （2）在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动； （3）在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动；（4）不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动； （5）不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动。
解： ()0ρρθ∂+∇=∂u（1） 在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动0x z x y z u u u u u u x y z x y z ρρρρρθ∂∂∂∂∂∂∂++++++=∂∂∂∂∂∂∂⎛⎫⎪⎝⎭y 稳态：0ρθ∂=∂，一维流动：0x u =， 0y u = ∴ z 0z u u z z ρρ∂∂+=∂∂， 即 ()0z u zρ∂=∂ （2）在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动()()()0y x z u u u xyzρρρρθ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂稳态：0ρθ∂=∂，二维流动：0z u = ∴()()0y x u u xyρρ∂∂+=∂∂， 又cons t ρ=，从而0yx u u x y∂∂+=∂∂ （3）在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动 在此情况下，（2）中cons t ρ≠∴()()0y x u u xyρρ∂∂+=∂∂（4）不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动()()()110r z r u u u r r r zθρρρρθθ∂∂∂∂+++='∂∂∂∂ 稳态：0ρθ∂='∂，轴向流动：0r u =，轴对称：0θ∂=∂ ∴()0z u z ρ∂=∂， 0z uz∂=∂ （不可压缩cons t ρ=） （5）不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动22()(sin )()1110sin sin r r u u u r r r r θφρρθρρθθθθφ∂∂∂∂+++='∂∂∂∂ 稳态0ρθ∂='∂，沿球心对称0θ∂=∂，0φ∂=∂，不可压缩ρ=const ∴221()0r r u r r ∂=∂ ，即 2()0r d r u dr= 3．某粘性流体的速度场为22538=x y xyz xz +-u i j k已知流体的动力粘度0.144Pa s μ=⋅，在点（2，4，－6）处的法向应力2100N /m yy τ=-，试求该点处的压力和其它法向应力和剪应力。
传递过程原理复习题最后报告
《传递工程基础》复习题第一单元传递过程概论本单元主要讲述动量、热量与质量传递的类似性以及传递过程课程的内容及研究方法。
掌握化工过程中的动量传递、热量传递和质量传递的类似性，了解三种传递过程在化工中的应用，掌握牛顿粘性定律、付立叶定律和费克定律描述及其物理意义，理解其相关性。
熟悉本课程的研究方法。
第二单元动量传递本单元主要讲述连续性方程、运动方程。
掌握动量传递的基本概念、基本方式；理解两种方程的推导过程，掌握不同条件下方程的分析和简化；熟悉平壁间的稳态层流、圆管内与套管环隙中的稳态层流流动情况下连续性方程和奈维－斯托克斯方程的简化，掌握流函数和势函数的定义及表达式；掌握边界层的基本概念；沿板、沿管流动边界层的发展趋势和规律；边界层微分和积分动量方程的建立。
第三单元热量传递本单元主要讲述热量传递基本方式、微分能量方程。
了解热量传递的一般过程和特点，进一步熟悉能量方程；掌握稳态、非稳态热传导两类问题的处理；对一维导热问题的数学分析方法求解；多维导热问题数值解法或其他处理方法；三类边界问题的识别转换；各类传热情况的正确判别；各情况下温度随时间、地点的分布规律及传热通量。
结合实际情况，探讨一些导热理论在工程实践中的应用领域。
第四单元传量传递本单元主要介绍传质的基本方式、传质方程、对流传质系数；稳定浓度边界层的层流近似解；三传类比；相际传质模型。
掌握传质过程的分子扩散和对流传质的机理；固体中的分子扩散；对流相际传质模型；熟悉分子扩散微分方程和对流传质方程；传质边界层概念；沿板、沿管的浓度分布，传质系数的求取，各种传质通量的表达。
第一部分 传递过程概论一、填空题：1. 传递现象学科包括 动量 、 质量 和 热量 三个相互密切关联的主题。
2. 化学工程学科研究两个基本问题。
一是过程的平衡、限度；二是过程的速率以及实现工程所需要的设备。
3. 非牛顿流体包括假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体 （至少给出三种流体）。
化工传递过程原理
化工传递过程原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊化工传递过程原理。
这玩意儿啊，就像是一场奇妙的旅程！
你看啊，化工传递过程就好比是一场接力赛。
物质在里面跑来跑去，热量也跟着凑热闹，还有动量也不甘寂寞呀！它们就这么传递着、变化着。
想象一下，各种分子就像一群调皮的小孩子，在化工厂这个大游乐场里玩耍。
它们有的跑得快，那就是传递得快呀；有的慢悠悠的，传递起来也就不着急啦。
热量传递呢，就像是冬天里我们互相传递温暖。
这边热一点，那边就感觉暖和了，多有意思！动量传递呢，就好像是我们推东西，使点劲它就跑得快，劲小了它就跑得慢呗。
在这个过程中，我们得搞清楚这些小家伙们是怎么玩的呀。
比如说，它们怎么跑的，往哪儿跑，跑多快。
这可关系到我们能不能让化工厂这个大机器好好运转呢！
要是不搞明白这些，那不就乱套啦！就像我们走路不看路，那不得撞得满头包呀！所以呀，研究化工传递过程原理那是相当重要嘞！
我们得像侦探一样，仔细观察它们的一举一动，找出规律来。
然后呢，根据这些规律来调整我们的操作，让一切都顺顺利利的。
而且哦，这个化工传递过程原理可不只是在化工厂里有用。
生活中也到处都有它的影子呢！比如我们做饭的时候，热量是怎么传递到食物上的；比如我们开风扇的时候，风的动量是怎么传递的。
是不是很神奇呀！
你说，要是没有化工传递过程原理，我们的生活得少了多少乐趣和便利呀！所以呀，大家可别小瞧了它哟！
总之呢，化工传递过程原理就像是一个隐藏在化工世界里的宝藏，等待我们去挖掘、去发现。
只要我们用心去研究它，就能让它为我们的生活带来更多的惊喜和美好！怎么样，是不是对它刮目相看啦？。
传递过程 原理
传递过程原理
在信息传递过程中，原理是指通过某种方式将信息从一个源头传递到目标接收者的过程。
在这个过程中，可能会经过多个环节和媒介，以确保信息的准确传递和接收。
传递过程可以以多种方式进行，其中最常见的方式是通过口头传递和书面传递。
口头传递是指通过口头语言进行交流，例如面对面的对话、电话交流等。
而书面传递则是通过书信、邮件、报告等书面文字的形式进行交流。
在传递过程中，为了确保信息的准确传递，需要注意以下几个方面：
1. 发送者的清晰表达：发送者需要明确表达自己的意图和信息，并使用清晰易懂的语言来传达。
避免使用模糊的词语或复杂的句子，以免造成信息的歧义。
2. 适当的信道选择：选择适合的传递媒介来传递信息。
例如，重要且复杂的信息可以使用书面形式来传达，以便接收者能够在需要时回顾和理解。
而简单的信息可以通过口头表达更加直接和高效。
3. 防止干扰和失真：在信息传递过程中，会存在各种干扰因素，如噪音、非语言表达等。
为了确保信息的准确传递，发送者和接收者都需要注意排除干扰因素，保持良好的沟通环境。
4. 接收者的有效理解：接收者在接收到信息后，需要进行有效
的理解和解读。
这包括仔细阅读文本或倾听对话，并进行必要的思考和分析。
如有必要，可以向发送者提出问题以获得更清晰的理解。
总结起来，信息传递过程的原理可以归纳为发送者的清晰表达、适当的信道选择、防止干扰和失真以及接收者的有效理解。
通过这些原理的应用，可以有效地实现信息的准确传递和接收。
传递过程原理汇总
2020/6/21
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概论
质量浓度与摩尔浓度的关系： C i=ρ i/mi
质量分率 w i=C i/C (液体)
n
wi 1
1
摩尔分率 x I = C i /C (液体) y I = C i /C (气体)
n
xi 1
1
n
yi 1
1
2020/6/21
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概论
▲浓度分布 当系统中存在着浓度差或系统未达到相平 衡时，物质就会从高浓度区域向低浓度区域 转移，或从一相转移至另一相，此即质量传 递。质量传递的场所均存在浓度变化，即存 在浓度分布。浓度分布与速度分布、流体性 质、设备条件等因素有关。
2020/6/21
5
传递现象导论
教材：
《传递现象导论》（第二版） 戴干策等著
化学工业出版社，2008年。
参考书：
• 《化工传递过程基础》，陈 涛、张国亮著，化学工 业出版社，2002年。
• 《动量热量与质量传递》，王绍亭 、陈涛著天津科 学技术出版社，1986年。
• 《传递现象相似》，夏光榕等，中国石化出版社， 1997年。
2020/6/21
3
传递现象导论
本门课程的任务是： • 研究动量、热量和质量传递过程的规律（速率）
及影响因素： • 探讨动量、热量和质量传递之间的类似性及共同
的研究方法。 • 介绍动量、热量和质量传递规律的应用。
学习以动量传递为主。 特点： • 数学推导多，理论性强——抽象； • 研究方法统一，逻辑性强——前后关联大； • 工程应用性强。
氯乙烯 反应器
水 碱液
放空
水洗塔
碱洗塔
（吸收） （吸收）
冷凝器
传递过程第1章
工程学科的第二里程碑。 面临的挑战和研究热点
?第三里程碑 ——？
?空间
?多尺度问题
?界面问题
?时间
微观、介观、宏观。
计算方法
MD 、DPD 、CFD 。
典型例子：汽泡的 生成和长大问题。
?湍流传递问题
化学工程已由化学工业扩 展到冶金、材料、能源、
环境、生物等进行诸多物
?多学科交叉问题 质转化的过程工业。
（4）数学处理方法 ?以分子传递过程为例：
（从）基本定律（出发）
微分衡算
对具体问题 进行简化。
偏微分方程
牛顿第二定律； 热力学第一定律； 质量守恒定律。
Lagrange法； Euler法。
牛顿粘性定律； 傅里叶（第一）定律； 费克（第一）定律。
常微分方程
通解
速度(温度、浓度)分布
定解条件（初始条件+边界条件）
3.课程内容安排（ 5章）：
第1章：基础知识
? 基本概念[两个( 假定) 前提、两种传递机理、随体导数] ； ? 基本定律[牛顿粘性定律、傅里叶（第一）定律、费克（第一）定
?基本理论（Prandtl 边界层理论）； ? 基本方程（连续性方程、卡门边界层积分传递方程、壁面传递通 量方程）。
?研究内容 ：
从基本定律出发，采用数学的方法，来研究动量传递、热量传递、
质量传递的基本规律，以及三传之间的相似性问题。
?研究思路：
特点：更注重数学推导过程。
根据传递机理
建立过程的物理模型
通过微分衡算推导出描述过程的偏微分方程 再利用数学方法，求得速度、温度、浓度分布 进而得到动量、热量、质量传递规律。
? 考试形式：闭卷； ? 考试时间：待定； ? 考试地点：待定； ?答疑时间：待定； ?答疑地点：化环生学部实验楼D-413 ； ? 联系方式：化环生学部实验楼D-413 ；电话：84986167 ； ?平时成绩包括：作业+课堂小测验； ?注意事项：上课时要带计算器。
高等传递过程原理
高等传递过程原理
传递过程原理是指信息在不同媒介或环境中的传递过程。
在日常生活中，我们会经常遇到各种传递现象，比如电话传话、网络传输、声音传播等。
无论是哪种传递过程，都遵循着一定的原理。
首先，传递过程中需要有信息的发出源。
发出源是指信息的产生者或发送者，它将想要传递的信息进行编码，转换为适合传递的形式。
例如，在电话传话中，信息的发出源是说话的人，他们通过声音将信息转化为声波。
其次，传递过程中需要存在媒介或信道。
媒介或信道是指信息传递的介质或通道。
媒介可以是空气、光、电磁波等，例如，电话传话中的媒介是声音通过空气传递，而网络传输中的媒介是电信网络。
接着，在传递过程中需要有信息的传递方式。
传递方式是指信息在媒介或信道中的传递方式。
不同的传递方式有不同的特点和适用范围。
例如，电话传话是通过声波在空气中传输，而网络传输是通过电信网络中的电磁波传输。
最后，传递过程结束时，需要有信息的接收者。
接收者是传递过程中接收信息的目标，它将接收到的信息进行解码，还原为原始的形式。
例如，在电话传话中，接收者是听电话的人，他们根据接收到的声音信号来理解信息。
这些原理在不同的传递过程中起着重要的作用。
通过了解传递
过程原理，我们可以更好地理解信息的传递过程，从而更加高效地进行沟通和交流。
传递过程原理PPT参考课件
• 传递过程的研究内容： 任何学科之所以 成为一门学科，必须具备两个条件：一是要 有统一的研究对象；二是要有统一的研究方 法。
2019/12/14
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绪论
▲ 学科的研究对象是：研究流体动量、热 量、质量的变化速率（传递速率）规律及影响 因素。
▲ 研究方法：一是数学模型法。即在对 过程深入分析的基础上，建立简化的物理模型， 进而写出数学模型，经简化引入的模型参数， 由实验确定，因此该理论也称半理论半实验法。 另一方法为经验法，即直接通过实验测定过程 参数的变化，拟合出过程规律。
2019/12/14
3
传递现象导论
本门课程的任务是： • 研究动量、热量和质量传递过程的规律（速率）
及影响因素： • 探讨动量、热量和质量传递之间的类似性及共同
的研究方法。 • 介绍动量、热量和质量传递规律的应用。
学习以动量传递为主。 特点： • 数学推导多，理论性强——抽象； • 研究方法统一，逻辑性强——前后关联大； • 工程应用性强。
铜液
铜洗 （吸收）
加氨
氢氮气 氨洗 压缩机 （吸收）
循环机
氨合成塔
2019/12/14
氨分离器 （换热）
水冷 （换热）
合成氨
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绪论
任何化工生产过程中都包含两大类过程： 化学反应过程和物理转化过程。
对任何化工生产过程，不管其工艺如何千 差万别，它们都有一个共性——
在很多相同的设备中进行着原理相同的物理过 程。
传递现象导论
Introduction to Transport Phenomena
2019/12/14
1
传递现象导论
教学安排： • 32学时（1-8周），2学分，考试课程。
传输原理
绪论一：传输过程是动量传输、热量传输、质量传输过程的总称，简称“三传” 或者“传递现象”。
动量传输：垂直于流体流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移。
热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移。
质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。
传输过程的本质：传输过程是物质或能量从非平衡态到平衡态转移的物理过程。
是某物质体系内描述体系的物理量（如温度、速度、组分浓度等）从不平衡状态向平衡状态转移的过程。
平衡态概念——是指体系内物理量不存在梯度。
例如热平衡是体系内的温度各处均匀一致。
不平衡态概念——是体系内物理量存在梯度，这时物系内的物理量不均匀，就会发生物理量的传输传输原理主要研究传输过程的传递速率大小与传递推动力及阻力之间的关系。
二：金属加工成形的分类：热态成形——金属的成形过程，是在较高温度状态下，通过高温手段，使金属成形。
冷态成形——金属在常温下，使金属成形。
如：切削、冲压、拔丝。
三：金属热态成形的四种工艺（“三传” 现象广泛存在）1. 铸造：液态(或固液态)金属——注入模具中——降温、凝固。
2. 锻压：金属加热至塑性变形抗力小、但是仍然为固体的状态，采用锻打、加压手段，而获得一定的形状的工艺方法。
3. 焊接：焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使两工件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。
4. 热处理：热处理就是将工件通过热处理（高温加热，冷却速度不同）达到调整材质（如基体组织发生变化，硬度发生变化），以及削除应力。
⏹流体力学（Hydrodynamics）研究动量传输主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态；以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。
⏹传热学（Heat Transfer ）：研究热量传输主要研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递的规律。
⏹传质学（Mass Transfer ）：研究质量传输主要研究质量传递的有关理论。
pdf版习题库200道_化工传递过程原理
的过程，导出 y 方向和 z 方向上的运动方程式，即
2-12. 某黏性流体的速度场为 u=5x2 yi+3xyzj−8xz2k 已知流体的动力黏度μ = 0.144 Pa² s ， 在点 （2， 4， –6） 处的法向应力 τyy = −100N / m2，试求该点处的压力和其他法向应力与剪应力。 2-13. 试将柱坐标系下不可压缩流体的奈维-斯托克斯方程在 r、θ 、z 3 个方向 上的分量方程简化成欧拉方程（理想流体的运动微分方程）在 3 个方向上的分 量方程。 2-14. 某不可压缩流体在一无限长的正方形截面的水平管道中做稳态层流流动， 此正方 形截面的边界分别为 x= ±a 和 y= ±a。有人推荐使用下式描述管道中的速度分 布：
试证明此速度分布满足连续性方程式。 2-6. 对于在 r-θ 平面内的不可压缩流体的流动， r 方向的速度分量为 ur = −Acos θ /r2。试确定速度的θ分量。 2-7. 已知不可压缩流体绕长圆柱体流动的速度分布可用下式表示：
试证以上速度分度满足连续性方程。
4
化 工 传 递 过 程 原 理
试分别对各式右侧进行量纲式运算， 证明ν、 α和 DAB 具有相同的量纲 L2T-1 （质 量、长度、时间和温度的量纲符号分别为 M、L、T 和θ） 。 1-8. 有一装水的储槽，直径 1m、高 3m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的 直径为 4cm，测得水流过小孔时的流速 u0 与槽内水面高度 z 的关系为
试求放出 1m3 水所需的时间。又若槽中装满煤油，其他条件不变，放出 1 m 煤 油所需时间有何变化？设水的密度为 1000 kg/m3；煤油的密度为 800 kg/m3。 1-9. 一储槽中原盛有（质量分数）为 5%的盐水溶液 1000kg。今以 100kg/min 的
传递过程原理
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：传递过程原理是一门探讨传递过程速率的课程。
传递过程原理是化工过程研究、开发与设计的理论基础，是一门理论性与应用性均较强的课程，国内外化学工程系高年级本科生的必修课程，是化学工程与工艺专业的重要专业基础课程和基础理论课程之一。
该课程从研究动量传递、热量传递和质量传递3种传递过程的机理入手，阐明传递过程的基本规律、基本概念、基本物理现象以及处理问题的基本方法。
该课程包括传递过程微分方程、不可压缩流体运动、边界层理论、湍流、导热、对流换热、传质、分子扩散、对流扩散等方面的内容。
2.设计思路：本课程选择天津大学的《化工传递过程基础》作为教材，论述了化学工程中动量、热量与质量（“三传”）的基本原理、数学模型及求解方法，传递速率的理论计算，“三传”的类比及传递理论的工程应用等内容。
本课程主要包括四部分的内容，各部分的内容和基本要求如下：第一部分：传递过程概论，阐述流体流动导论、三传的类似性和衡算方法；第二部分：动量传递。
第二～五章，包括动量传递概论与动量传递微分方程、动量传递方程的若干解、边界层流动和湍流；第三部分：热量传递。
第六～八章，包括热量传递概论和能量方程、热传导和对流传热；第四部分：质量传递：第九～十一章为质量传递，包括质量传递概论和传质微分方程、分子传质和对流传质；3. 课程与其它课程的关系：本课程适宜安排在修完高等数学、大学物理、物理化学（上）、化工原理（上）等有关基础课课程之后开设，内容上注意与化工原理的衔接。
二、课程目标掌握各种化工过程中的共性物理现象—传递现象（动量传递、热量传递和质量传递）相似的机理和规律；掌握动量、热量和质量传递过程的总衡算和微分衡算方程，通过应用实例掌握建立、求解化工传递过程数学模型的基本方法，确定边界条件从而分别求出过程的解析、数值解或转化为准数关联式，提高学生分析问题、解决化学工程中传递问题的创造能力和工程应用能力。
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传递现象普遍存在于自然界和工程领域， 三种传递过程有许多共同规律。 本章介绍与课程有关的基本概念。
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类
一、平衡过程与速率过程 二、扩散传递与对流传递
一、平衡过程与速率过程
大量的物理、化学现象中，同时存在着正反两个 方向的变化，如： 固体的溶解和析出，升华与凝华、可逆化学反应 当过程变化达到极限，就构成平衡状态。如化学 平衡、相平衡等。此时，正反两个方向变化的速率 相等，净速率为零。 不平衡时，两个方向上的速率不等，就会发生某 种物理量的转移，使物系趋于平衡。
ux t 动量的对流传递速率： ρux ux A 热量的对流传递速率： ρcptuxA A
kg m s / s
1
J/s
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类 1.2 动量、热量与质量传递的类似性
一、分子传递的通用表达式 二、分子传递的类似性
三、涡流传递的类似性
一、分子传递的通用表达式
d A j M dy
e A
涡流传递通量=-涡流扩散系数×涡流浓度梯度 涡流传递＞＞分子传递
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类 1.2 动量、热量与质量传递的类似性 1.3 传递过程的研究方法
一、守恒定律与衡算方法 二、系统与控制体
三、拉格朗日观点和欧拉观点 四、几个常用算子
一、守恒定律与衡算方法
（2）微观水平上描述
微观衡算（微分衡算）—在研究对象内部选择 一个有代表性的微分点，将守恒定律应用于该点。 通过衡算，得出一组描述动量、热量与质量变化的 微分方程，成为变化方程（Equation of change）。 然后通过积分，获得系统内部的速度、温度及浓度 的变化规律。这些变化规律对于传递速率的求解必 不可少。
二、系统与控制体
系统 —包含确定不变物质（流体质点）的集合， 系统以外的一切称为环境。 u 特点：系统与环境之间无质量交 u 换，但在界面上有力的作用及能 量的交换。系统的边界随着环境 流体一起运动，因此其体积、位 置和形状是随时间变化的。 系统
在传递过程中，系统指由确定流体质点所组成 的流体元。
一、分子传递的通用表达式
量纲分析结果
q/A －热量通量
d ( ρc p t ) dy
－热量浓度梯度
－热量扩散系数
热量通量=－热量扩散系数×热量浓度梯度
一、分子传递的通用表达式
3. 分子质量通量
费克定律的量纲分析：
j A = -DAB
dρA dy
一、分子传递的通用表达式
量纲分析结果
jA －质量通量
“－”表示通量的方向与梯度的方向相反。
二、分子传递的类似性
通量=－扩散系数×浓度梯度
上式称为现象方程（Phenomenological equation)
三、涡流传递的类似性
涡流动量、热量与质量传递：
r
d ( c pt ) q e ( ) H A dy
d ( ux ) dy
一、守恒定律与衡算方法
（3）分子水平上描述 根据分子结构、分子间的相互作用，作分子水平 上的考察，对于动量、热量与质量传递的理解是有 帮助的。如各种传递系数（黏度、扩散性、导热性 等）可以应用流体的分子运动理论求解。
一、守恒定律与衡算方法
总衡算的方法在其他课程已学过。本课程主要 讨论微分衡算的方法，通过建立描述各种过程的
v
kg m m [ ][ ] m s kg s
3 2
一、分子传递的通用表达式
动量传递机理： 层流—分子动量传递 两层流体速度不同，具有不同的动量浓度。在 动量梯度的作用下，动量将自发地由高动量区向 低动量区转移。 微观上，速度较高的流层中的分子以随机运动 方式进入速度较慢的流层中；低速流层中亦有等 量随机运动的分子进入高速流层，实现动量交换。
动量衡算 输入的动量速率-流出的动量速率+ 作用在体系上的合外力=累积的动 量速率
一、守恒定律与衡算方法
总衡算的局限性：
总衡算只能考察系统的流入、流出以及内部的 平均变化情况，系统内部物理量如温度、压力、 密度、速度等的变化规律无法得知。
总衡算的方法在化工设计计算中常用—物料衡 算与热量衡算等。
一、守恒定律与衡算方法
所谓算子是一种数学符号缩写的算符。本课程中 常用的算子有：
（1）哈密尔顿算子▽；
（2）拉普拉斯算子Δ；
D （3）随体导数算子 D
四、几个常用算子 1、▽算子 （Hamilton Operators)
哈密尔顿算子在直角坐标下的展开式（下同）：
i j k x y z
哈密尔顿算子是一个失性、微分算子，它具有 矢量和微分双重性质。 在本课程中，有关哈密尔顿算子的运算有下面 三种形式：
体积固定
三、拉格朗日观点和欧拉观点
拉格朗日观点
着眼于流场中的运动着的流体质点（系统）， 跟踪观察每一个流体质点的运动轨迹及其速度、 压力等量随时间的变化。然后综合所有流体质 点的运动，得到整个流场的运动规律。
质点(质量固定）
三、拉格朗日观点和欧拉观点
原则上讲，两种方法所得结果一致，都可采用。
四、几个常用算子
一、分子传递的通用表达式
量纲分析结果 τ －动量通量 d ( u ) dy －动量浓度梯度 ν －动量扩散系数 动量通量=－动量扩散系数×动量浓度梯度
一、分子传递的通用表达式
2. 分子热量通量 傅立叶定律的量纲分析：
d ( ρc p t ) q k d ( ρc p t ) == -α A ρc p dy dy
三、拉格朗日观点和欧拉观点
根据研究所选定的衡算范围是控制体还是系统， 有两种相应的研究方法： 欧拉观点（Euler viewpoint） 拉格朗日观点（Lagrange viewpoint）
三、拉格朗日观点和欧拉观点
欧拉观点 着眼于流场中的空间点，以流场中的固定空 间点（控制体）为考察对象，研究流体质点通 过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律。 然后综合所有空间点的运动参数随时间的变化， 得到整个流场的运动规律。
t1 t2 t3
二、扩散传递与对流传递
费克定律
描述 2 组元混合物体系中A存在浓度梯度时的 分子扩散： dρ
j A = -DAB
A
dy
jA －组分A的扩散质量通量； DAB －组分A在组分B中的扩散系数；
dρA /dy －组分A的质量浓度梯度。
二、扩散传递与对流传递
2.涡流传递 以上分子动量、热量与质量传递的类似性，仅发 生在作层流流动的流体内部（动量传递），或固体 中（热量或质量传递）。 当流体作湍流运动时，除分子传递之外，还有涡 流传递—由于流体质点脉动引起的传递。
物理过程的速率：
1. 动量传递过程—物体的质量与速度的乘积被定 义为动量，速度可认为是单位质量物体的动量。因此， 同一物体，速率不同，其动量也不同。 在流体中，若两个相邻的流体层的速度不同，则将 发生由高速层向低速层的动量传递。 u2
动量传递方向
u1
一、平衡过程与速率过程
2. 热量传递过程—当物系中各部分之间的温度存 在差异时，则发生由高温区向低温区的热量传递。
二、扩散传递与对流传递
涡流动量、热量与质量传递可表示为： d ( ux ) r dy d ( c pt ) q e ( ) H
A dy
d A j M dy
e A
涡流传递＞＞分子传递
二、扩散传递与对流传递
3.对流传递的概念
由于流体作宏观运动引起的动量、热量与质量 的迁移过程，该过程仅发生在流体运动时:
对于任一过程或物理现象，进行动量、热量与质量 传递研究，都离不开自然界普遍适用的守恒定律： 动量守恒定律—牛顿第二定律、热量守恒定律— 热力学第一定律以及质量守恒定律。 对所选过程或物理现象，划定一个确定的衡算范 围，将动量、热量与质量守恒定律应用于该范围， 进行物理量的衡算。
一、守恒定律与衡算方法
一、平衡过程与速率过程
传递过程的速率可以用通式表示如下：
推动力 速率 = 阻力
本课程主要讨论动量、热量与质量传递过程的速 率。
二、扩散传递与对流传递
分子传递—由分子的随机热运动引起 扩散传递 传 递 涡流传递—由微团的脉动引起 对流传递—由流体的宏观运动引起
二、扩散传递与对流传递
1.分子传递的基本定律 牛顿粘性定律 描述分子动量传递的基本定律
dρ A dy －质量浓度梯度
DAB
－质量扩散系数
质量通量=－质量扩散系数×质量浓度梯度
二、分子传递的类似性
动量通量=－动量扩散系数×动量浓度梯度 热量通量=－热量扩散系数×热量浓度梯度 质量通量=－质量扩
, , DAB 的量纲相同，扩散系数m2/s
数学模型，研究动量、热量与质量传递的速率。
二、系统与控制体
根据所考察的对象不同，选用衡算范围的方法 有两种： 控制体 系 统
二、系统与控制体
控制体 —具有确定不变的空间区域（体积）。 特点：相对于坐标其体积不变， 包围该空间体积的界面称为控 制面。流体可以自由进出控制 体，控制面上可有力的作用和 能量交换。其特点是体积、位 置固定，输入和输出控制体的 物理量随时间改变。 在传递过程中，控制体指流体在流动过程中所 通过的固定不变的空间区域。
1. 分子动量通量 对牛顿粘性定律作量纲分析，设密度为常数：
μ d ( ρu ) d ( ρu ) τ== -ν ρ dy dy
一、分子传递的通用表达式
量纲分析
N kg m/s kg m/s 动量 [ 2][ ][ 2 ] 2 m m m s 面积 时间
2
3
kg m/s 动量 u [kg/m m/s] [ 3 ] m 体积