气体内的输运过程
气体分子平均自由程
子间的引力，但考虑了分子斥力起作用时两个分子质心间的距离，即考虑了 分子的体积，而不象理想气体，忽略了分子本身的大小。
4
自由程 ： 分子两次相邻碰撞之间自由通过 的路程 .
5
气体分子平均自由程（mean free path） 平均自由程λ 为分子在连续两次碰撞之间所自 由走过的路程的平均值。
dN K exp( Kx)dx N0
18
由分子自由程的概率分布可求平均自由程 dN K exp( Kx)dx N0
1 K exp( Kx) xdx K 0
dN Kdx N
N Kdx Ln N
0 0
x
N N 0 exp( Kx )
17
N N 0 exp( Kx )
表示从 x =0 处射出了刚被碰撞过的N0个分子，它们 行进到 x 处所残存的分子数 N 按指数衰减。 对上式之右式两边微分，得到
既然（-dN ）表示 N0 个分子中自由程为 x 到x + dx 的平均分子数，则（-dN /N0 ）是分子的自由程在 x 到 x + dx范围内的概率。这就是分子自由程的概率分布。 即分子按自由程分布的规律。
Z 2 π d vn
2
v 1 2 z 2π d n
当气体较稀薄时
p nkT
1 T 一定时 p
kT 2π d 2 p
p 一定时
T
11
例 计算空气分子在标准状态下的平均自由程 10 和碰撞频率。取分子的有效直径 d 3.5 10 m 已知空气的平均相对分子量为29。 解： 标准状态下
热力学-4.气体内的输运过程
. 输运系数的数量级 若已知气体分子的质量、有效直径(或碰撞
截面σ), 可以计算出在不同压强和温度条件下的 输运系数。
300K时N2的η =4.2×10-5Pa·s(实验:1.78×10-5Pa·s) 273K时Ar的κ =1.47×10-2W·m-1·K-1
(实验值1.67×10-2W·m-1·K-1)。
dz z0
D为扩散系数；(单位是米2/秒)
气体在非平衡态下的三种典型变化过程:
粘滞现象
——动量的传递
传热
——热量的传递
扩散
——质量的传递
三种输运现象宏观规律共同宏观特征:
它们都是由气体中的某一性质的不均匀分 布而引起的；
为了定量描述这不均匀性，分别采用了定 向流动的速率梯度、温度梯度和密度梯度；
第四章 气体内的输运过程
问题的提出
v 1.6 RT 470 m / s
讲台处的某类气体分子约需多长时间能 运动到你处？
t ~ 0.1秒 ??
矛盾
气体分子热运动平均速率高， 但气体扩散过程进行得相当慢。
设想下课后大家闭着眼睛往外走的情形…
分子速率虽高，但分子在运动中还要和 大量的分子碰撞。
2.69 10 25 m 3
(2)v 1.60 RT /
1.60 8.31 273 / 29 103 448 m s1
(3)Z 2 d 2 nv
1.41 3.14 (3.510 10 )2 2.69 10 25 448 6.54 10 9 s1
)
z0
dS
1 nmv
3
df
(
du dz
)
z0
气体输运过程
> 0 系统更无序
dS = deS + diS
< 0 系统由无序转向有序
熵流
熵产生
§2 输运过程的宏观规律
1、黏滞现象： 黏滞性流体运动过程中的现象。
当流体内各处流体的流速不同时，不同流速层之间
会出现切向相互作用力，这种力称为黏滞力或内摩
擦力。
实验表明黏滞力遵循牛顿
z
u
黏滞定律：
dS
B
u=u(z)
笫六章 气体输运过程
§1 非平衡态与非平衡态过程 §2 输运过程的宏观规律 §3 输运过程的微观实质
§1 非平衡态与非平衡态过程
一、非平衡态的宏观性质
平衡态、准静态过程都是理想化的模型，自然界的 实际热现象、热过程都是非平衡态、非平衡态过程。
1. 概念
非平衡态：系统各部分的物理性质, 如流速、温度 或密度不均匀。
向动量为
1 dp1 6 nvdSdt muz0
同理，同一时间内从上而下带过dS面的定向动量为
1 dp2 6 nvdSdt muz0
两式相减，得dS面上方气体的定向动量增量为
dp
dp1 dp2
1 6
nvdSdt
m
u
z0
uz0
uz0
uz0
du dz
z0
2
内摩擦系数
根据牛顿笫二定律，内摩擦力
df
du dz
z0
dS
A o
x
粘滞系数
Байду номын сангаас
理＝
1 3
nm
v
黏滞系数表征流体粘滞性的大小。
2、热传导现象 物体温差而引起的热运动能量输运的现象.
化学气相输运原理
化学气相输运原理一、引言化学气相输运原理是化学工程领域中一个重要的概念。
它描述了气体在不同条件下的输运行为，对于理解和优化气体传输过程具有重要意义。
本文将介绍化学气相输运原理的基本概念、相关理论和应用。
二、气相输运的基本概念气相输运是指气体在不同条件下的传输过程。
在化学工程中，气体的输运通常包括质量传输和能量传输两个方面。
质量传输是指气体分子之间的质量传递，包括扩散、对流和反应等过程。
能量传输则是指气体分子之间的能量传递，包括传导、对流和辐射等过程。
三、气相扩散过程气相扩散是气体分子由高浓度区域向低浓度区域传输的过程。
它是气相输运中最常见的一种方式。
气体分子在运动中不断碰撞，并通过碰撞传递动量和能量。
在高浓度区域，气体分子的碰撞频率较高，扩散速度较快；而在低浓度区域，碰撞频率较低，扩散速度较慢。
根据菲克定律，气体的扩散速率与浓度梯度成正比。
四、气相对流过程气相对流是指气体通过流体力学作用从一个地方向另一个地方传输的过程。
相比于扩散，对流可以更快地传输气体，并且对输运距离和速度的控制更加灵活。
在化学工程中，常常利用气体的对流来实现气体的输送和混合。
对流过程受到流体速度、密度、黏度等因素的影响，可以通过流体力学的理论和实验来描述和预测。
五、气相反应过程气相反应是指气体分子之间发生化学反应的过程。
在气相反应中，反应速率通常由反应物的浓度和温度等因素决定。
气体分子在反应中通过碰撞来传递能量和动量，从而使反应发生。
化学工程师可以通过控制反应条件和反应器设计来优化气相反应过程。
六、应用案例化学气相输运原理在许多工业领域中具有重要的应用价值。
例如，在化工生产中，通过控制气体的扩散和对流过程，可以实现气体分离、吸附和催化反应等。
同时，气相输运原理也在环境保护和能源领域中发挥重要作用。
例如，在大气污染控制中，通过气体的扩散和对流过程来实现污染物的传输和稀释。
在能源领域，气相输运原理被广泛应用于天然气的输送和储存。
气体动理论第3讲分子分布律和碰撞实际气体和输运过程
z 2d 2nv 6.58 109 s1
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z
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玻耳兹曼分布律
一、重力场中气体分子按高度分布旳规律
1、等温气压公式
H
设 高度 0 h h dh
压强 P0 P P dP
h dh P dP hP
3 . 其他分子皆静止, 某一分子以平均速率 相u
对其他分子运动 .
单位时间内平均碰撞次数 Z π d 2 u n
考虑其他分子旳运动 u 2 v
分子平均碰撞次数 Z 2π d 2 vn
分子平均碰撞次数
Z 2 πd 2 vn
p nkT
平均自由程
v
z
1 2π d 2n
kT 2π d 2 p
分布曲线趋于平坦
0 vp1 vp2
v f (v p )
f () 2
已知1：m1 ,T 1
41 3
则 2? 3?
4 : m m1, T 1 ?
5
5 : m1,T T 1 ?
O
2、平均速率
定义：气体全部分子旳速率旳算术平均值。
0 dN
N
0
f
()d
8kT m
8 RT
3、方均根速率 定义：全部分子旳速率平方旳平均值旳平方根。
旳分子数为
dN dN
m
3 / 2 m2
e 2kT
dx dy dz
2kT
m
n0
2kT
3
/
2
e
PK kT
dxdydz
dx dy dz
实际气体旳范德瓦耳斯方程
气相传输法
气相传输法气相传输法，也称为气相输运，是指在气态状态下，通过扩散、对流等方式将物质从一个地方运输到另一个地方的过程。
该方法常常用于工业生产中的气体输送、净化等领域。
以下是气相传输法的详细介绍。
气相传输法的基本原理是分子在气态状态下运动状态的一种表现。
气体分子在运动中会以一定的速度撞击容器壁；在容器内部，它们会经历连续地碰撞，吸收电磁波等其他过程，从而使气体分子的速度和能量分布发生变化。
根据气体的物理特性，气体分子的平均自由程是相对较长的，因此气态下的物质也存在间接碰撞的现象。
1. 传输效率高气体在自然状态下的运动较为活跃，其分子间间距较大，因此在气态下，物质的传输效率相对较高。
与液态传输相比，需要更少的能量和气源来实现相同的物质输送量。
2. 运载范围广气态下的物质传输可以通过气流进行扩散运动，因此在管道中的物质可以随着气体的传输逐渐扩散，达到很远的距离。
3. 环保节能相应的，气相传输方式所产生的排放物相对较少，对空气污染较小。
同时，气相传输所消耗的能量也比较少，对于能源消耗的优化也具有积极的作用。
气相传输法在实际生产中的应用1. 工业气体输送气态下的物质具有较高的传输效率，较好的扩散能力和广泛的运载范围，因此广泛用于工业气体输送领域。
工业生产中可以使用气相传输的方式将载有各种工业气体的管道输送到写有的区域，并加以处理和利用。
2. 空气净化气相传输法也可以用于清洗和净化气体中的污染物，例如过滤、去除尘埃、烟气、气味、有毒气体等等。
3. 实验室中的物质分析气相分析法在分析化学领域中非常常见。
在这些分析方法中，会将物质或样品加热后转移到气态状态，并在密集膜中进行化学反应或分离。
通过这种方式可以对不同的物质进行分析、检测和鉴定。
在某些领域中，例如环境科学研究、地质勘探和医药研究等领域，需要通过稳定输送的方式来传输气体，例如空气、氮气、氧气等等。
此时，气相传输可以通过控制管道压力、控制封闭度等途径来实现对气体的稳定输送。
物理气相输运法
物理气相输运法
物理气相输运法是一种利用自然物理原理的气相输运工艺。
该工艺的基本原理是通过利用空气的温度不同，使温室气体在室内和室外之间相互输运，实现控制温室内空气温度和湿度。
运用物理气相输运法克服了传统蒸汽室，水塔式蒸汽室和其他工艺方法对温度和湿度控制能力不足的缺点，具有高效率热量控制，体积小、安全可靠、运行成本低和结构简单优越的特点。
物理气相输运法的工艺流程只需要在温室室外及室内分别设置两个气相换热器，使室外的甲烷与室内的甲烷相互输运，可以一定程度地控制温室的室温湿度。
其中，温室室内的气体由温室内一般平行流动，从一个气相换热器出口流入另一个气相换热器入口，通过气相换热器温度和湿度减少，从另一气相换热器出口向室内循环流动；而温室室外的气体从一个气相换热器入口流入另一个气相换热器出口，通过气相换热器温度和湿度减少，从另一气相换热器出口向室外循环流动，从而达到控温控湿的目的。
由于物理气相输运法利用自然物理原理，无需耗费大量的能源，
大大降低了运行成本，降低了温室的能耗。
在物理气相输运法里，它
的温室温度和湿度控制效果更稳定，而且控制精度也更高。
其控制特
性良好，可以实现无触摸式检测和控制，因此大量用于温室排气系统、通风系统、温湿度控制系统等设备的控制上。
总而言之，物理气相输运法是一种利用自然物理原理的气相输运
工艺，用于控制温室内的温湿度。
具有高效率热量控制，气体输运无
需耗费大量的能源，体积小，安全可靠，运行成本低和结构简单优越
的特点。
因此，物理气相输运法在温室控温控湿方面具有重要的应用
价值。
气体分子的平均自由程输运过程的宏观规律输运过程的微观解释
一.热传导现象的宏观规律
热传导是热传递的三种方式(热传导.对流.热辐射)之一,它是当气体各处温度不均匀时 热量由温度高处向温度低处输运的过程.
1. dQ dS 2. dQ dt 3. dQ dT dz z0
2
2
在 T = 300K 时：
气体 J (10-46kgm2 )
2 kT
J
(s1)
H2 O2 N2 CO 2
0.0407 1.94 1.39 1.45
3.19× 1013 4.62 × 1012 5.45 × 1012
5.34× 1012
z 分子在碰撞中可视为球形
§2. 输运过程（transport process）
vt v 1
p nkT
Zt Z 2d 2n
二. 平均碰撞频率与平均自由程的关系
理想气体，在平衡态下，并假定：
kT
2d 2 p
（1）只有一种分子； （2）分子可视作直径为 d 的刚球； （3）被考虑的分子以平均相对速率 u 运动， 其余的分子静止。
中心在 扫过的柱体内的分子都能碰撞
3
dz z0
3
例5-2.实验测得标准状态下氢气的粘滞系数为 的平均自由程和氢气分子的有效直径.
8.5 .试10 求6 kg氢m气1s 1
解:根据
1 v 解出 ,并将, v的有关公式代入, 得
3
3 3 RT 3 RT 1.66107 (m)
气体的黏度随温度升高而增加，液体的黏度随温度升高而减少。
根据动量定理:dk=fdt,有:
dk du dSdt
dz z0
由于动量沿流速 减小的方向
气体交换的原理
气体交换的原理气体交换是生物体内外环境气体的交流过程，是维持生命活动所必需的重要生理过程。
气体交换主要发生在呼吸系统中，包括肺部和组织细胞之间。
在这个过程中，氧气从外部环境通过呼吸道进入肺部，然后通过肺泡壁进入血液，最后输送到组织细胞中进行呼吸作用；而二氧化碳则从组织细胞中经血液运输到肺部，最终通过呼吸道排出体外。
气体交换的原理包括气体扩散、气体溶解和气体输运等过程。
首先，气体扩散是气体交换的基本原理之一。
气体分子在生物体内外环境中通过浓度梯度进行自发扩散。
在肺泡和毛细血管之间，氧气和二氧化碳通过肺泡壁进行扩散，从而实现气体交换。
肺泡内氧气浓度高于血液中氧气浓度，而二氧化碳的浓度则相反，这种浓度梯度驱动了气体分子的扩散。
除了浓度梯度外，气体分子的扩散速率还受到温度、压力和扩散距离等因素的影响。
其次，气体溶解也是气体交换的重要原理之一。
在肺泡和毛细血管之间，氧气和二氧化碳可以通过溶解在血液中进行运输。
血红蛋白是氧气运输的主要载体，在肺泡中，氧气通过肺泡壁溶解到血液中，然后与血红蛋白结合形成氧合血红蛋白，最终输送到组织细胞中释放氧气。
而二氧化碳则以溶解的形式从组织细胞中运输到肺部，通过肺泡壁溶解到肺泡中，最终排出体外。
此外，气体交换还涉及气体的输运过程。
在血液中，氧气和二氧化碳可以通过血红蛋白和血浆中的碳酸氢根离子进行输运。
血红蛋白是氧气的主要输运载体，而二氧化碳主要以碳酸氢根离子的形式溶解在血浆中进行运输。
这些输运过程在维持氧气和二氧化碳在体内的平衡和稳定方面起着重要作用。
综上所述，气体交换的原理包括气体扩散、气体溶解和气体输运等过程。
这些过程相互作用，共同维持了生物体内外环境气体的平衡和稳定。
通过深入了解气体交换的原理，可以更好地理解呼吸系统的功能和生理过程，为相关疾病的诊断和治疗提供理论基础。
同时，也有助于人们更加关注和重视呼吸健康，保持良好的呼吸习惯和环境，促进身体健康和生命质量的提升。
化学气相输运cvt流程
化学气相输运cvt流程化学气相输运（CVT）流程呀，可有趣啦。
一、CVT的基本概念。
化学气相输运就像是一场气体分子的奇妙旅行呢。
简单来说，就是通过气态的输运剂把固态的物质从一个地方运到另一个地方，这个过程里会发生各种化学变化。
你可以把固态物质想象成小乘客，输运剂就是小客车，带着这些小乘客到达新的目的地。
这个过程在很多化学研究和工业生产中都超级重要哦。
比如说，它能帮助我们制备一些高纯度的材料，那些材料可是高科技产品的重要组成部分呢。
二、CVT的反应体系。
一般呀，CVT的反应体系包括源物质、输运剂还有反应的容器。
源物质就是那个要被输运的固态家伙，它可能是金属、金属化合物之类的。
输运剂呢，那可就像是个有魔法的小助手啦。
常见的输运剂有卤素呀，像氯气、碘气之类的。
反应容器就像是它们的小房子，要给这个运输过程提供一个合适的环境。
这个小房子的温度、压力等条件都得控制好呢。
要是温度不合适，就像小客车没油了一样，反应可能就没办法顺利进行啦。
三、CVT的流程步骤。
1. 装料。
咱们得先把源物质和输运剂放到反应容器里。
这就像是把小乘客和小客车都安排到小房子里。
这个步骤要小心哦，可不能让源物质和输运剂撒得到处都是，不然就乱套啦。
而且呀，装料的比例也很重要呢。
如果输运剂太多，就像小客车太多但小乘客没那么多，有点浪费资源；要是输运剂太少，可能就有小乘客坐不上车，没办法完成运输任务。
2. 密封反应容器。
把料装好了之后，就得把反应容器密封得严严实实的。
这就好比把小房子的门窗都关好，不能让里面的气体跑出去。
要是密封不好，那些气态的输运剂带着源物质就溜走了，就没办法在我们想要的地方进行反应啦。
这个密封工作得做得细致，就像给小房子穿上一件密不透风的防护服一样。
3. 加热反应容器。
密封好之后就要加热这个反应容器啦。
加热就像是给小房子里的小客车加油，让它们动起来。
不同的源物质和输运剂组合，需要的加热温度也不一样。
这个温度得刚刚好，就像 Goldilocks选床一样，不能太热也不能太冷。
气体输运过程的分子动理论基础
则dt时间内净流入小柱体的热量为
dQ = ∆Qz0 + dz
∂T ∂T − ∆ Q z0 = − κ∆Sdt ∂z z0 + dz ∂z z0
dz 很小
∂ 2T ∂T ∂T ∴ − = 2 dz ∂z z0 + dz ∂z z0 ∂z z0 ∂ 2T dQ κ 2 ∆Sdzdt ∴ = ∂ z z0
z0 - λ0u1源自f △S LAB x
9
第五章 气体输运过程的分子动理论基础
则△S上面流体层与下面流体层 之间的相互作用力，即黏滞力为 z
z0+λ z0 z0 - λ
u1 f △S L
A
du −η ∆S f = dz z0
负号表示 f 与流速方向相反； 为黏滞系数，单位Pa·s。与温度也有关： 对液体： 对气体：
∴
dT ∆Q = κ 2π rL dr ∆Q dr ⋅ dT = 2πκ L r ∆Q b ∆T = ln 2πκ L a
r L
b
a
T+△T
T
两边积分,则得
（其中利用了当热传导达到稳定状态时，不同 r 处dQ均相同）
又
故气体热导率为
∆Q = I 2 RL
b I R ln a κ= 2π∆T
2
8
第五章 气体输运过程的分子动理论基础
解 设圆筒长为 L, 单位时间内在半径 r 的圆柱面上通过的总热流为 ∆Q ;在r 到 r+dr 的圆筒形薄层气体中的温度梯度为 L dT/dr，故由 r b
T+△T
T
dT ∆Q = −κ ∆S dz z0
热学（李椿+立源+钱尚武）习题解答_第四章气体内的输运过程
热学（李椿+⽴源+钱尚武）习题解答_第四章⽓体内的输运过程第四章⽓体内的输运过程4－1.氢⽓在，时的平均⾃由程为×m，求氢分⼦的有效直径。
解：由＝得：＝代⼊数据得：（m）4－2.氮分⼦的有效直径为，求其在标准状态下的平均⾃由程和连续两次碰撞间的平均时间。
解：＝代⼊数据得：－（m）＝代⼊数据得：＝（s）4－3.痒分⼦的有效直径为3.6×m，求其碰撞频率，已知：（1）氧⽓的温度为300K，压强为1.0atm；（2）氧⽓的温度为300K，压强为1.0×atm解：由＝得＝＝代⼊数据得：＝6.3×（）（）4－4.某种⽓体分⼦在时的平均⾃由程为。
（1）已知分⼦的有效直径为，求⽓体的压强。
（2）求分⼦在的路程上与其它分⼦的碰撞次数。
解：（1）由得：代⼊数据得：（2）分⼦⾛路程碰撞次数（次）4－5.若在下，痒分⼦的平均⾃由程为，在什么压强下，其平均⾃由程为？设温度保持不变。
解：由得4－6.电⼦管的真空度约为HG，设⽓体分⼦的有效直径为，求时单位体积内的分⼦数，平均⾃由程和碰撞频率。
解：（2）（3）若电⼦管中是空⽓，则4－7.今测得温度为压强为时，氩分⼦和氖分⼦的平均⾃由程分别为和，问：（1）氩分⼦和氖分⼦的有效直径之⽐是多少？（2）时，为多⼤？（3）时，为多⼤？解：（1）由得：（2）假设氩分⼦在两个状态下有效直径相等，由得：（3）设氖⽓分⼦在两个状态下有效直径相等，与（2）同理得：4－8.在⽓体放电管中，电⼦不断与⽓体分⼦相碰撞，因电⼦的速率远远⼤于⽓体分⼦的平均速率，所以后者可以认为是静⽌不动的。
设电⼦的“有效直径”⽐起⽓体分⼦的有效直径来可以忽略不计。
（1）电⼦与⽓体分⼦的碰撞截⾯为多⼤？（2）证明：电⼦与⽓体分⼦碰撞的平均⾃由程为：，n为⽓体分⼦的数密度。
解：（1）因为电⼦的有效直径与⽓体分⼦的有效直径相⽐，可以忽略不计，因⽽可把电⼦看成质点。
⼜因为⽓体分⼦可看作相对静⽌，所以凡中⼼离电⼦的距离等于或⼩于的分⼦都能与电⼦相碰，且碰撞截⾯为：（2）电⼦与⽓体分⼦碰撞频率为：（为电⼦平均速率）4－9.设⽓体分⼦的平均⾃由程为试证明：⼀个分⼦在连续两次碰撞之间所⾛路程⾄少为x的⼏率是解：根据（4.6）式知在个分⼦中⾃由程⼤于x的分⼦占总分⼦数的⽐率为＝由⼏率概念知：对于⼀个分⼦，⾃由程⼤于x的⼏率为，故⼀个分⼦连续两次碰撞之间所⾛路程⾄少为x的⼏率是。
3.6气体输运系数的导出
1
T 2
T 0.5
η当温度 T 时，比刚性分子增加得还要多。实验验证：
T 0.7
3) 利用η与σ关系，可以估计或测量σ或d。
2
km
T
1 2
3
（3.25）
利用（3.24）式可以测定气体分子碰撞截面及气体分 子有效直径的数量级。在三个输运系数中，实验最易精 确测量的是气体的黏性系数，利用黏性系数的测量来确 定气体分子有效直径是较简便的。
4）黏性系数公式的适用条件为 d L （3.26）
5）采用不同近似程度的各种推导方法的实质是相同的。
对η的推导中采用了如下近似:
①
n v
6
②平均说来从上（或下）方穿过z0平面的分子都是在
z0 (或z0 )
处经受一次碰撞的；
③未考虑分子在从上（或下）方穿过z0平面时的碰撞概率。
2
1 nv 1 ( t r 2s )k
32
1 3
N V
v
M N
1 2
(
t
r
2s
)k
N M
1 3
v cv
（3.29）
3、讨论：
（1）在（3.27）式中没有考虑到由于温度梯度不同，会在
z0 及z处0 产生气体分子数密度的差异及平均速率的差异，故在
✓ 分子间相互碰撞：碰撞频率越高，路程越曲折。分 子由一处转移到另一处的时间越长，分子“搅拌”进 行越缓慢。相互碰撞频繁程度直接决定着输运过程的 强弱。
重要说明： （1）这里的“输运过程都是近平衡的非平衡”过程，空 间不均匀性（如温度梯度、速度梯度、分子密度数梯度 ）都不大，因而不管分子以前的平均数值如何，它经过 一次碰撞后就具有在新的碰撞地点的平均动能、平均定 向动量及平均粒子数密度。 （2）在这里所讨论的气体是既足够稀薄（分子间平均距 离比起分子的大小要大得多，这里理想气体的特征）， 但又不是太稀薄（它不是“真空”中气体的输运现象） 。
油气储层中气体的输运和储存机制
油气储层中气体的输运和储存机制近年来，随着油气资源的逐渐枯竭，人们对于油气储层中气体的输运和储存机制越来越感兴趣，因为它关系到我们如何更加有效地开采和利用这些资源。
在这篇文章中，我将为大家介绍油气储层中气体的输运和储存机制。
一、油气储层中的气体运移机制研究表明，在油气储层中，气体迁移主要有两种方式：1、物理扩散机制油气储层中气体的分子会朝着热力学平衡迁移，其中物理扩散是其中一种基本机制。
物理扩散是有势能差异引起的气体分子自发向低势能区域扩散。
在油气储层中，大部分气体都是通过物理扩散来实现迁移的。
2、渗流扩散机制油气储层中较为常见的运移机制是渗流扩散。
渗流扩散是以孔隙气体为载体，气体通过孔隙空间的渗流和孔隙间的物理扩散来完成迁移。
因为渗流扩散需要考虑孔隙度、孔隙分布和渗透率等因素，所以相比于物理扩散而言，渗流扩散对油气储集层的构造和物性的要求更高。
二、油气储层中的气体储存机制油气储层中的气体储存机制很大程度上受到油气储层的特性所控制。
以下是几个常见的油气储层类型及其对应的气体储存机制：1、裂缝岩气藏裂缝岩气藏通常由一系列由裂缝构成的贫瘠岩石层组成，气体常被储存在岩石裂缝中。
这种类型的气藏主要的储存机制是渗透储存，也就是气体通过岩石裂缝扩散后被储存在这些裂缝中。
2、滞留气藏滞留气藏通常包括两种类型：一种是天然气水合物，它在极低的温度和高压下被储存在海洋沉积层中，另一种是常压下被储存在油气储层中的煤层气。
这两种气藏的储存机制都是物理吸附，也就是气体分子与固体表面的吸附作用。
3、常规油气藏常规油气藏通常是由大规模的沉积层组成，因此存储和运移机制相对于其他类型更加丰富。
在常规油气藏中，气体的储存机制有渗透储存、物理吸附和化学吸附等多种机制，其中渗透储存是最主要的机制。
三、油气储层中气体的开发和利用油气储层中的气体储存机制其实就是它的开采和利用机制。
目前，常用的开采技术包括天然气压裂和水力裂缝压裂等方法。
天然气压裂主要是通过将水泵注入油气储层来增加井壁压力，进而快速释放气体；水力裂缝压裂则是通过向油气储层内注入压力巨大的水以形成裂缝，便于气体的释放。
气体内的输运过程优秀课件
一个分子所经过的平均距离为t，而与其它分子
碰撞的平均次数是 zt，由于每碰撞一次都将结束
一段自由程，所以
t
Zt Z
二、 平均自由程公式
将分子看成是直径为d 的 弹性刚球，并假设分子A相对
于其他分子的平均速率为 u。
则平均碰撞频率：
z n d 2u t n u
t
式中：n为分子数密度。 d2 碰 撞 截 面
实验又测出在切向面积相等时,这样的 流体中的速度梯度处处相等. 而且流体层所受到的黏性力的大小是 与流体流动的速度梯度的大小成正比的。
牛顿黏性定律
•黏性力的大小与 du / dz及切向面积S成正比 .
•比例系数以η表示，称为流体的黏度或黏性系数、黏 滞系数（coefficient of viscosity)则
2）由于气体分子无规的（平动）热运动， 在相邻流体层间交换分子对的同时，交换相 邻流体层的定向运动动量。
3）结果使流动较快的一层流体失去了定向 动量，流动较慢的一层流体获得到了定向动 量，黏性力由此而产生的.
二.热传导现象的宏观规律
当系统与外界之间或系统内部各部分之间存在温度 差时就有热量的传输. 热传递有热传导、对流与辐射 三种方式，本节将讨论热传导
三、分子按自由程的分布
• 分子在任意两次连续碰撞之间所通过的自由程不同；分子
在自由程介于任一给定长度区间 x~xdx 内的分布：
设想某个时刻一组分子共N0个，运动中与组外分子相碰， 每碰一次，组内分子减少一个。设这组分子通过路程x时还 剩下N个，在下段路程dx,又减少了dN个。
分子在长度为dx的路程上，每个分子平均碰撞 dx /
气体内的输运过程
4.1 气体分子的平均自由程
气体的热学性质与输运现象
气体的热学性质与输运现象气体是一种常见的物质状态，在自然界和人类活动中都有广泛的应用。
研究气体的性质对于了解能量传递、热力学过程以及工程应用具有重要的意义。
本文将探讨气体的热学性质与输运现象，带你一起了解气体的独特特性及其在各个领域中的应用。
一、气体的热学性质1. 压力与温度的关系气体分子在容器中不断碰撞运动，这种碰撞对容器壁面施加了作用力，即为气体的压力。
根据理想气体状态方程，可以发现气体的压力与温度存在一定的关系。
根据实验数据，我们可以得出以下结论：- 在恒定体积下，气体的压力与温度成正比，称为Gay-Lussac定律。
即P ∝ T。
- 在恒定压力下，气体的温度与体积成正比，称为Charles定律。
即V ∝ T。
2. 气体的热容和比热容气体的热容指的是气体吸收或释放单位质量的热量所引起的温度变化。
热容可以分为定压热容和定容热容两种。
- 定压热容指的是在恒定压力下，气体吸收或释放的热量所引起的温度变化。
用Cp表示。
- 定容热容指的是在恒定体积下，气体吸收或释放的热量所引起的温度变化。
用Cv表示。
这两者的关系可以由以下公式表示：γ = C p / Cv其中γ称为比热容比，对于大部分双原子分子气体，它的值约等于1.4。
根据热力学理论，气体的热容与其分子结构和运动方式有关。
二、气体的输运现象1. 扩散和扩散系数扩散是指由浓度较高的区域向浓度较低的区域传递的物质。
气体扩散是气体分子由高浓度区域向低浓度区域运动的过程。
气体分子的运动造成了热平衡和浓度平衡的不均衡，从而驱使气体分子发生扩散。
扩散系数用D表示，它与气体的分子质量和温度有关。
一般情况下，扩散系数与温度成正比，与分子质量成反比。
2. 粘滞和粘滞系数粘滞是指气体分子由于相互作用力而产生的阻碍其运动的现象。
相对于气体的流动而言，粘滞可以视为气体内部互相摩擦的结果。
粘滞系数（η）是衡量粘滞大小的物理量。
粘滞系数与分子质量和温度有关。
通常情况下，粘滞系数与温度成正比，与分子质量无明显关联。
第四章 气体内的输运过程 1、气体分子的平均自由程例题
Z
=170×108 (s-1)
每秒170亿次！
补充例题5 显像管的灯丝到荧光 屏的距离为0.2 m，要使灯丝发射 的电子有90% 在途中不与空气分 子相碰而直接打到荧光屏上，设空
气分子有效直径为3.0×10-10 m，
气体温度为320K 。 问显像管至少要保持怎样的真
空度？
补充例题5 显像管的灯丝到荧光屏的距离为0.2 m，要使灯 丝发射的电子有90% 在途中不与空气分子相碰而直接打到荧 光屏上，问显像管至少要保持怎样的真空度？
1 e 1
0.58
（2）N0个分子N中3 自N由0e程 xλ大于N30λe的3 分子数
故所求之比为
N1 N3 N0 (e1 e3 ) e2 1 0.32
N0
N0
e3
补充例题3由电子枪发出一束电子，射入压 强为P 的气体中，在电子枪前与其相距x 处 放置一收集电极，用来测定能够自由通过 这段距离（即不与分子相碰）的电子数。
又 n / n0 ex/ 故
x
ln( n / n0 )
x
0.1
0.1m
ln( I / I0 ) ln( 37 /100)
补充例题3 由电子枪发出一束电子，射入压强为P 的气体中，在电子枪前与 其相距x 处放置一收集电极，用来测定能够自由通过这段距离（即不与分子 相碰）的电子数。
（2）自由程介于λ到 3λ之间的分子数与总分 子数之比。
解：N0个分子中自由程大 x于 x 的分子数为
N N0e λ
（1）N0个分子中自由程大于λ的分子数
N1 N0e1
自由程小于λ的分子数
N2 N0 N1 N0 (1 e1)
气体输送的工作原理
气体输送的工作原理
气体输送的工作原理主要包括气体的产生、加压、输送和放散等过程。
首先，气体的产生是气体输送的起点，可以通过多种方式产生，如化学反应、压缩空气等。
其中，压缩空气是最常见的方式之一。
在压缩空气产生过程中，气体可以通过空气压缩机被压缩到一定的压力范围内，并被储存起来。
接下来是对气体进行加压，将气体的压力提高到需要的输送压力。
加压通常使用气体压缩机完成，通过压缩和提升气体的温度来增加气体的压力。
根据输送距离和输送过程中的压降等因素，确定输送压力。
完成加压后，就可以进行气体的输送。
气体输送可以通过管道、罐车、钢瓶等方式进行，其中管道输送是最常见和经济的方式。
通过建设一条管道网络，将气体输送至目标地点。
管道输送时需要注意输送距离、输送压力损失以及管道材质的选择等因素。
此外，气力输送机也是一种利用气体流动带动物料进行输送的装置，其工作原理主要有两种：压力式输送和真空式输送。
压力式输送是将空气或其他气体通过压缩机等设备压缩成高压气体，然后将高压气体通过管道输送到需要输送的物料处。
由于气体的惯性，物料会随着气流沿管道流动并被输送到目标位置。
真空式输送则是通过借助真空泵或其他低压气源在输送管道中建立
负压，从而形成真空环境，再通过对物料进行吸附、抓取或其他方式，将物料从一个点抽取至另一个点的过程。
在气体输送过程中，需要注意控制气流的速度和压力，以保证物料能够平稳地输送。
同时需要选择合适的输送管道和阀门等设备，以降低气体的阻力和压降，避免对设备造成损坏。
化学气相输运
化学气相输运化学气相输运是指化学物质在气体状态下通过气体介质进行输送和传递的过程。
这种输运方式广泛应用于化工生产、环境监测、科学研究等领域，具有快速、高效、灵活的特点。
本文将从气相输运的基本原理、应用领域以及相关技术进行阐述。
一、气相输运的基本原理气体是一种无固定形状和体积的物质，具有高度的流动性和扩散性。
在气相输运过程中，化学物质通过气体介质的扩散、对流和混合等机制进行传递。
其中，扩散是指化学物质在浓度梯度驱动下由高浓度区向低浓度区移动的过程，对流是指由于气体流动引起的化学物质的输送，混合是指不同气体之间发生的物质交换和相互作用。
在气相输运中，扩散是主要的传质方式。
扩散过程受到浓度差、温度、压力和介质性质等因素的影响。
浓度差越大，扩散速率越快；温度升高，分子热运动加剧，扩散速率增加；压力增大，气体密度增加，分子间碰撞频率增加，扩散速率也增加。
此外，介质的孔隙结构、表面特性和渗透性等因素也会对扩散过程产生影响。
二、气相输运的应用领域1. 化工生产：气相输运广泛应用于化工生产过程中的原料输送、产物分离和废气处理等环节。
例如，利用气相输运技术可以将原料气体从储罐输送至反应器，实现连续生产；同时，通过气相吸附和膜分离等方法，可以分离和回收产物中的有用物质。
2. 环境监测：气相输运在环境监测中起到重要作用。
例如，利用气相色谱仪可以对大气中的污染物进行定性和定量分析，提供环境污染的监测数据；同时，气相分析仪器也可以用于水和土壤中有机污染物的检测。
3. 科学研究：气相输运在科学研究中被广泛运用于材料合成、催化反应和表征等方面。
例如，通过控制气相输运条件，可以实现纳米颗粒的精确合成；通过气相反应器，可以进行催化反应的快速筛选和优化；通过气相质谱仪，可以对化合物的结构和性质进行表征。
三、气相输运的相关技术气相输运涉及多种相关技术，其中包括气相色谱、气相吸附、气相扩散和气相传质模型等。
这些技术的发展不仅推动了气相输运的进步，也为相关领域的研究和应用提供了有力支持。
热学第三章习题参考答案
热学习题答案第三章：气体分子的输运过程(内容对应参考书的第四章)1. 某一时刻，氧气中一组分子刚与其他分子碰撞过，问：经过多长时间后，其中还保留一半未与其他分子相碰。
设氧气分子都以平均速率运动，氧气温度300K ，在给定压强下，分子平均自由程为2.0cm 。
解：设这组分子个数为0N ，经过时间t （对应的路程为x ）后未碰撞的分子数为N ，根据分子按自由程的分布()dx e dx x f N dN x⋅==-λλ10 由已知：t v x =，210=N N ，则有 210===⋅--λλt v x e e N N ，即2ln v t λ= 又由πμRTv 8=，mol Kg /10323-⨯=μ，代入上式得()s RT t 532101.32ln 30031.88103214.3100.22ln 8---⨯≈⨯⨯⨯⨯⨯==πμλ。
2. （P 142。
8）在气体放电管中，电子不断与气体分子相碰，因电子的速率远远大于气体分子的平均速率，所以后者可以认为是静止不动的。
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）电子与气体分子的碰撞截面σ为多大？（2）证明：电子与气体分子碰撞的平均自由程为σλn e 1= 解：（1）电子与气体分子的碰撞截面22⎪⎭⎫ ⎝⎛+=d d e πσ，由于d d e <<，故 22412d d d e ππσ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛+=（2）由于气体分子可以认为是静止不动的，则电子与气体分子间的平均相对速率就等于电子的平均速率e v 。
在时间t 内，电子走过的路程为t v e ，相应的圆柱体的体积为t v e σ，则在此圆柱体内的气体分子数为t v n e σ，即为时间t 内电子与气体分子的碰撞次数，故碰撞频率为e e v n t t v n Z σσ==电子与气体分子碰撞的平均自由程为σλn Z v e e 1==。
3. （P 143。
18）一长为2m ，截面积为410-米2的管子里贮有标准状态下的2CO 气，一半2CO 分子中的C 原子是放射性同位素C 14。
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热传导：温度 T 不均匀 热的迁移； 内摩擦（粘滞）：定向速度u不均 输运过程 定向动量的迁移； 扩散：密度 不均匀 m的迁移。
热学
13
一、粘滞现象的宏观规律
1、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。
由于分子的热运动，从而引起质量从密度大的区域 向密度小的区域迁移的现象。 d 1 2 ( z ) 密度梯度 2 dz
z z0
dM dS
表示气体的密度沿x 轴方向 的空间变化率。
在dt时间内，通过dS传递的质量
o
1
x
d dM D dSdt dz z0
热学
23
§3. 输运过程的微观解释
首先是气体分子的热运动 另一个重要原因就是分子间的碰撞。 一、粘滞现象的微观解释 气体黏性系数的导出
1 1 nmv或 v 3 3
讨论： 注意：*近平衡非平衡过程；
*气体既足够稀薄又不 太稀薄
1）、η 与n无关。 2）、 η仅仅是温度的函数。
热学
21
D 扩散系数
d dM D dSdt dz z0
' ' 表示扩散总沿减小的方向
1自扩散与互扩散 当物质中粒子数密度不均匀时，由于分子的热运动 使粒子从密度高的地方迁移到数密度低的地方的现象 称为扩散。 互扩散：发生在混合气体中，由于各成分的气体空间 分布不均匀，各成分分子均要从高密度区向低密度区 迁移的现象。 自扩散：是互扩散的一种特例
空气的平均分子量为29。
解： 已知 T 273K , p 1.0atm 1.013 105 Pa,
d 3.5 1010 m
热学
11
kT 2 2 d p
23
1.38 10 273 8 6.9 10 m 10 5 1.41 3.14 (3.5 10 ) 1.01 10
在dt时间内，从温度较高的一侧，通过这一平 面向温度较低的一侧所传递的热量，与这一平面所 在处的温度梯度和面积元成正比 热导率 恒为正值 能量流动方 dT dQ K 向与温度梯 dSdt dz z0 度方向相反
热学
20
三、 扩散现象的宏观规律
扩散(diffusion) 物体内各部分的密度不均匀时，
2
一切分子都在运动
Z
2 d vn
2
平均自由程 一秒钟内分子A经过路程为 v
一秒钟内A与其它分子发生碰撞的平均次数 Z
v 平均自由程 Z
与分子的有效直径的平方和分子数密度成反比
1 2 2d n
p nkT
kT 2 2d p
热学
当温度恒定时,平均自由程与气体压强成反比
7
热学
热学
17
z L
z0
df dS df
u0
B
u u( z )
粘滞力的大小与两部分 的接触面dS和截面所在 处的流速梯度成正比。
o
u0
A x
du df dS dz z0
热学
18
二、 热传导现象的宏观规律
热传导(heat conduction)
当系统内各部分的温度不均匀时，就有热量从 温度较高的地方传递到温度较低的地方，由于温差 而产生的热量传递现象。
热学
22
2菲克定律
dn J N D dz
物理意义
若JN处处相等，则：
在一维（如z方向扩散 的）粒子流密度JN与 粒子数密度梯度dn/dz 成正比。
M d D A, t dz d 1 M D12 A 互扩散： t dz 这里D为扩散系数，单位m2s-2, 扩散系数的大小 表征了扩散过程的快慢。
A x
B
o
u0
n 分子数密度
1 nvdSdt 6
在dt时间内从下向上垂直越 过dS面的平均气体分子数:
这些分子是经过最后一次碰撞越过dS面的, 它们离dS面的平均距离为平均自由程 ,所以 在dt时间内,由于分子热运动从下向上带过dS 面的定向动量等于分子处于 z0 的定向动量
热学
d d
v
A
v
d
热学
5
v
A
v
d
d
d
球心在圆柱 体内的分子
运动方向上，以 d 为半径的圆柱体内的分子都将 与分子A 碰撞
一秒钟内: 分子A经过路程为 相应圆柱体体积为 圆柱体内 分子数
v 2 d v
d vn
2
Z d 2 vn
热学
一秒钟内A 与其它分子 发生碰撞的 平均次数
6
Z d vn
热学
2
一、平均碰撞频率和平均自由程
气体分子 平均速率
矛盾
RT v 1.60 M mol
氮气分子在270C时的 平均速率为476m.s-1.
气体分子热运动平均速率高， 但气体扩散过程进行得相当慢。
克劳修斯指出：气体分子的速度 虽然很大，但前进中要与其他分 子作频繁的碰撞，每碰一次，分 子运动方向就发生改变，所走的 路程非常曲折。
热学
15
5、 非 牛 顿 流 体
1、其速度梯度与互相垂直的黏性力间不呈线性 函数关系，如血液、泥浆、橡胶等。 2、其黏性系数会随着时间而变的，如：油漆等 凝胶物质。 3、对形变具有部分弹性恢复作用，如沥青等 黏弹性物质。
热学
16
内摩擦 流体内各部分流动速度不同时,就发生内摩擦现象. 相邻流体层之间由于速度不同引起的相互作用力称 为内摩擦力,也叫粘滞力. 流体沿x方向流速是z的函数 z u0 du B L 流速梯度 dz df z0 u u( z ) dS 沿z方向所出现的 df o 流速空间变化率。 A x u0
热学
D
k 1 CV
33
CV 气体定容比热
热学
30
三、扩散现象的微观解释 气体扩散系数的导出
1 D v 3
讨论
1）、
D为自扩散系数
2 k T 3/ 2 D T 3 m p
热学
3
3/ 2
31
2）、在一定的压强与温度下，扩散系数D与分子质量的平 方根成反比。 3）、满足d<<λ<<L条件 的理想气体。
m2 D1 D2 m1
微观解释 气体内的扩散在微观上是分子在热运动中输运 质量的过程.
扩散系数
1 D v 3
v
8kT m
热学
kT 2 2 d p
32
温度越高,气压越低,扩散进行得越快
在其它条件相同时,分子量小的扩散得快.
1 粘度 v 3 1 热导率k v CV 3 1 扩散系数D v 3
热学
3
在相同的t时间内，分子由A到 B的位移大小比它的路程小得多 扩散速率
A
B
(位移量/时间)
(路程/时间)
平均速率
分子自由程:
气体分子两次相邻碰撞之间自由通过的路程。
分子碰撞频率: 在单位时间内一个分子与其他分子碰撞的次数。
热学
4
大量分子的分子自由程与每秒碰撞次数服从统计 分布规律。可以求出平均自由程和平均碰撞次数。 平均碰撞次数 每个分子都是有效直径为d 的弹性小球。 假 只有某一个分子A以平均速率 v 运动， 定 其余分子都静止。
z L
z0
df dS df
u0
B
u u( z )
u 宏观流速 v 分子热运动平均速率 如果 u v
可认为气体处于平衡态
热学
o
u0
A x
25
z L
z0
df dS
u0
df
根据分子热运动的各向同性, 总分子中平均有 1 6 的分子 u u( z ) 从下向上垂直越过dS面.
热学
29
2）、刚性分子气体的热导率与数密度n无关，仅与 T1/2有关。
2 km CV ,m T 1/ 2 3 Mm
3）、适用于温度梯度较小，满足d<<λ<<L条件的 理想气体。
微观解释 气体内的热传导在微观上是分子在热运动中 的输运热运动能量的过程. 热导率
1 k v CV 3
3）、可以测定σ 和d的数量级。
热学
mv 3 2 2 km 1/ 2 T T 3
24
4）、公式的适用条件d<<λ<<L. 5）、采用不同近似程度的各种推导方法的实质是 相同的。 气体的内摩擦现象在微观上是分子在热运动中 的输运定向动量的过程.也就是分子在热运动中 通过dS面交换定向动量的结果.
8
热学
9
平均自由程与压强、温度的关系
v z
1 2 2 d n
(m)
p nkT
T = 273K： p(atm) 1
T kT p 2 d 2 p
～7×10-8
10-7
10-11
～0.7（灯泡内）
～7×103（几百公里高空）
热学
10
在标准状态下，几种气体分子的平均自由程 气体 氢
7 10
氮
氧
7
空气
7
(m) 1.13 10
d (m)
0.599 10 3.10 10