化工传递过程基础第三版 ppt课件
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1452-1519年 达.芬奇——物体的沉浮、孔口出流、物体的 运动阻力以及管道、明渠中水流等
• 1586年 斯蒂芬——水静力学原理 • 1650年 帕斯卡——“帕斯卡原理” • 1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律 • 1738年 伯努利——出版《流体动力学》，建立了伯努
利方程
第二阶段（17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个 方向发展——理论流体力学、应用流体力学
平衡过程和传递过程
• 传递过程ຫໍສະໝຸດ Baidu速率可以用通式表示如下
第一章 传递过程概论(动量传递)
1.1流体的定义和特征
• 物质存在的形态有三种：固体、液体和气体。 • 我们通常把能够流动的液体和气体统称为流体。 • 从力学角度来说，流体在受到微小的剪切力作用时，
将连续不断地发生变形(即流动)，直到剪切力的作用 消失为止。所以，流体可以这样来定义： • 在任何微小剪切力作用下能够连续变形的物质叫作流 体。 • 流体和固体由于分子结构和分子间的作用力不同，因 此，它们的性质也不同。在相同体积的固体和流体中， 流体所含有的分子数目比固体少得多，分子间距就大 得多，因此，流体分子间的作用力很小，分子运动强 烈，从而决定了流体具有流动性，而且流体也没有固 定的形状。
1.4 与其他课程之间的联系 • 流体力学是继《高等数学》、《大学物理》《理论
力学》之后开设，同时又成为学习许多后续专业课 程计算流体力学和从事专业研究的必备基础。
• 高等数学要求复习掌握：微分（偏导数、导数）、 积分（曲面积分、定积分、曲线积分）、多元函数 的泰勒公式、势函数、微分方程。
• 理论力学要求复习掌握：质量守恒定律、能量守恒 定律、动量定律。
化工传递过程基础
第一章 传递过程概论
本章主要论述流体流动的基本概念， 动量、热量与质量传递的类似性及衡算 方法等内容。
1. 传递过程基本概念
• 1.1 概论 系统状态：非平衡状态(传递物理现量象) 平衡状态
物理量： c, T, v…
传递种类：质量、能量、动量 时空间物理量的差异→ 梯度 →流体流动、
1.2流体力学（水力学）的主要研究内容
1. 流体在外力作用下，静止与运动的规 律；
关于流体平衡的规律，即流体静力学； 关于流体运动的规律，即流体运动学和流 体动力学；
2. 流体与边界的相互作用。
1.3与流体力学相关的工程领域和学科
空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关 联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领 域有着广泛的应用，其重要性不言而喻
平衡过程和传递过程
• 热力学：研究热和其他形式的能量转换关 系，探讨平衡过程的规律，能否进行，到 何程度、如何影响
• 热力学平衡条件： 1. 热平衡：体系各部分温度相等 2.力学平衡：边界不发生相对移动 3.相平衡:相间没有物质转移 4. 化学平衡：体系组成不随时间变化
平衡过程和传递过程
1.动量传递过程：在流体中，若两个相邻的 流体层速度不同，则发生由高速层向低速 层的动量传递
1.1流体的定义和特征
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
流体的上述物理力学特性使流体力学（水 力学）成为宏观力学的一个独特分支。
1.1流体的定义和特征
流体与固体相比有以下区别：
(1)固体既能够抵抗法向力——压力和拉力，也能够抵抗 切向力。而流体仅能够抵抗压力，不能够承受拉力，也不能抵 抗拉伸变形。另外，流体即使在微小的切向力作用下，也很容 易变形或流动。
1.5 流体力学发展简史
• 第一阶段（17世纪中叶以前）：流体力学成为一门独立 学科的基础阶段
• 第二阶段（ 17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个方向 发展——理论、应用
• 第三阶段（20世纪初-20世纪中叶）理论分析与实验相结 合
• 第四阶段（20世纪中叶以来）流体力学飞跃发展
第一阶段（17世纪中叶以前）流体力学成为一门独 立学科的基础阶段
(2)固体的应变与应力的作用时间无关，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除 后，形变也就消失；对于流体，只要有应力作用，它将连续 变形(流动)，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质 量的液体具有一定的体积。液体的形状取决于容器的形状，并 且由于分子间吸引力的作用，液体有力求自己表面积收缩到最 小的特性。所以，当容器的容积大于液体的体积时，液体不能 充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面，通 常称为水平面。
气体的分子间距比液体大，在标准状态(0℃,101325Pa)下， 气体的平均分子间距约为3.3×10－6mm，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为2.5×10－7 mm。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面。
• 两个相邻流体层的动量传递
平衡过程和传递过程
2.热量传递过程： • 物体各部分存在温度差，热量由高温区向
低温区传递
平衡过程和传递过程
3. 质量传递：当体系中的物质存在化学势差 异时，则发生由高化学势区向低化学势区 域的传递
• 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或 电场力所引起。常见的是浓度差引起质量 传递过程，即混合物种某个组分由高浓度 向低浓度区扩散
热量传递、质量传递
平衡过程和传递过程
• 传递过程：物理量向平衡转移 • 平衡状态：强度性质的物理量不存在梯度
• 补充： • 体系的宏观可测性质可分为两类：
1. 广度性质，与体系的数量成正比，如体积、质量等，具 有加和性 2. 强度性质：不具有加和性，其数值取决于体系自身特性， 与体系数量无关，如温度、压力、密度等
• 1586年 斯蒂芬——水静力学原理 • 1650年 帕斯卡——“帕斯卡原理” • 1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律 • 1738年 伯努利——出版《流体动力学》，建立了伯努
利方程
第二阶段（17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个 方向发展——理论流体力学、应用流体力学
平衡过程和传递过程
• 传递过程ຫໍສະໝຸດ Baidu速率可以用通式表示如下
第一章 传递过程概论(动量传递)
1.1流体的定义和特征
• 物质存在的形态有三种：固体、液体和气体。 • 我们通常把能够流动的液体和气体统称为流体。 • 从力学角度来说，流体在受到微小的剪切力作用时，
将连续不断地发生变形(即流动)，直到剪切力的作用 消失为止。所以，流体可以这样来定义： • 在任何微小剪切力作用下能够连续变形的物质叫作流 体。 • 流体和固体由于分子结构和分子间的作用力不同，因 此，它们的性质也不同。在相同体积的固体和流体中， 流体所含有的分子数目比固体少得多，分子间距就大 得多，因此，流体分子间的作用力很小，分子运动强 烈，从而决定了流体具有流动性，而且流体也没有固 定的形状。
1.4 与其他课程之间的联系 • 流体力学是继《高等数学》、《大学物理》《理论
力学》之后开设，同时又成为学习许多后续专业课 程计算流体力学和从事专业研究的必备基础。
• 高等数学要求复习掌握：微分（偏导数、导数）、 积分（曲面积分、定积分、曲线积分）、多元函数 的泰勒公式、势函数、微分方程。
• 理论力学要求复习掌握：质量守恒定律、能量守恒 定律、动量定律。
化工传递过程基础
第一章 传递过程概论
本章主要论述流体流动的基本概念， 动量、热量与质量传递的类似性及衡算 方法等内容。
1. 传递过程基本概念
• 1.1 概论 系统状态：非平衡状态(传递物理现量象) 平衡状态
物理量： c, T, v…
传递种类：质量、能量、动量 时空间物理量的差异→ 梯度 →流体流动、
1.2流体力学（水力学）的主要研究内容
1. 流体在外力作用下，静止与运动的规 律；
关于流体平衡的规律，即流体静力学； 关于流体运动的规律，即流体运动学和流 体动力学；
2. 流体与边界的相互作用。
1.3与流体力学相关的工程领域和学科
空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关 联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领 域有着广泛的应用，其重要性不言而喻
平衡过程和传递过程
• 热力学：研究热和其他形式的能量转换关 系，探讨平衡过程的规律，能否进行，到 何程度、如何影响
• 热力学平衡条件： 1. 热平衡：体系各部分温度相等 2.力学平衡：边界不发生相对移动 3.相平衡:相间没有物质转移 4. 化学平衡：体系组成不随时间变化
平衡过程和传递过程
1.动量传递过程：在流体中，若两个相邻的 流体层速度不同，则发生由高速层向低速 层的动量传递
1.1流体的定义和特征
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
流体的上述物理力学特性使流体力学（水 力学）成为宏观力学的一个独特分支。
1.1流体的定义和特征
流体与固体相比有以下区别：
(1)固体既能够抵抗法向力——压力和拉力，也能够抵抗 切向力。而流体仅能够抵抗压力，不能够承受拉力，也不能抵 抗拉伸变形。另外，流体即使在微小的切向力作用下，也很容 易变形或流动。
1.5 流体力学发展简史
• 第一阶段（17世纪中叶以前）：流体力学成为一门独立 学科的基础阶段
• 第二阶段（ 17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个方向 发展——理论、应用
• 第三阶段（20世纪初-20世纪中叶）理论分析与实验相结 合
• 第四阶段（20世纪中叶以来）流体力学飞跃发展
第一阶段（17世纪中叶以前）流体力学成为一门独 立学科的基础阶段
(2)固体的应变与应力的作用时间无关，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除 后，形变也就消失；对于流体，只要有应力作用，它将连续 变形(流动)，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质 量的液体具有一定的体积。液体的形状取决于容器的形状，并 且由于分子间吸引力的作用，液体有力求自己表面积收缩到最 小的特性。所以，当容器的容积大于液体的体积时，液体不能 充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面，通 常称为水平面。
气体的分子间距比液体大，在标准状态(0℃,101325Pa)下， 气体的平均分子间距约为3.3×10－6mm，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为2.5×10－7 mm。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面。
• 两个相邻流体层的动量传递
平衡过程和传递过程
2.热量传递过程： • 物体各部分存在温度差，热量由高温区向
低温区传递
平衡过程和传递过程
3. 质量传递：当体系中的物质存在化学势差 异时，则发生由高化学势区向低化学势区 域的传递
• 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或 电场力所引起。常见的是浓度差引起质量 传递过程，即混合物种某个组分由高浓度 向低浓度区扩散
热量传递、质量传递
平衡过程和传递过程
• 传递过程：物理量向平衡转移 • 平衡状态：强度性质的物理量不存在梯度
• 补充： • 体系的宏观可测性质可分为两类：
1. 广度性质，与体系的数量成正比，如体积、质量等，具 有加和性 2. 强度性质：不具有加和性，其数值取决于体系自身特性， 与体系数量无关，如温度、压力、密度等