冶金传输原理(武汉科技大学)第一章

实验一：
当τ =0时，将一条色线 穿透水射向平板，是一条直线 （兰色），当τ ≥ 0时，u水>0色线变得弯曲起来（红线）， 可以看到无论来流的速度是多少，这条色线总是粘附在 固体壁面上。 这种边界叫无滑移边界（条件） Vf
τ=0
τ
=Δτ
y
x
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无滑移边界条件实验
A
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流体的粘性
实验二 两平行平板，中间充满流体，平板的面积为A，其间 的流体均匀，高为H。 且H ≪ A ½ 叫无限大平板
kg
流体的基本性质 流体的重度： γ=ρg
P 对于气体可以当作 P v RT 理想气体来处理，即 气体满足理想气体状 R0 R 态方程。 M R0：普适气体常数， kgf m 工程单位制中： R0 848
kmol K
国际单位制
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R0 8314
N m kLeabharlann Baiduol K
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流体的基本性质
1、2、2 流体的压缩性 注意压缩性是一相对的概念 1、 等温压缩 体积压缩系数
p
1 dV V dP
其倒数为体积弹性模数 对于液体而言，由于 βp很小，一般不记其 压缩性。
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V Ev dp dV
dV 0 dP
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流体的基本性质
对于气体： 1、 等温时 （T1=T2）
第一篇
动量的传输
概述 冶金过程：是物理化学过程、动量、热量、质 量传输过程的组合过程。 传输理论的基础：质量守恒定律；动量守恒定 律；能量守恒定律。 研究的目的：研究速率过程（动量、热量、质 量） 本学科的现状与发展
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工程单位制 ； 基本单位：长度，时间，力 一 单位制： 国际单位制；基本单位：长度，时间，质量 工程单位制规定：质量为1kg的物体在标准重力加速度处所 受的引力为1kg力。 缺点g 随地点的不同而异，力不能作为基本单位，且kg Kgf是不同的概念。 国际单位制： 基本单位： 米（m） 公斤（kg）秒（s）度（℃）（K） 导出单位：力—牛顿（1N=1kg×m/S） 能量——焦耳（1J=1kg· ㎡/S² ） 压力（强）——帕斯卡（Pa=N/㎡） 功率——瓦（W=J/s）
x vx vx y y y
υ—运动粘性系数，单位：m2/s 粘性动量通量的大小与动量梯度成正比 方向：总是从高速流层传向低速流层。 既粘性动量的传递方向指向速度梯度的负值方向。使得 计算结果中，粘性动量通量总是大于等于零。 即：粘性动量通量 vx 粘 0 y
dv x F A dy
yx
F dv x A dy
τyx下标：x为运动方向；y为在该方向上有速度梯度 式中：μ 流体的动力粘度系数，其单位为 Pa ∙S 1Pa ∙S=1N ∙S/ ㎡ =1Kg/ms
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流体的粘性 1.3.2 牛顿粘性定律
yx
dv x dy N ( 2) m
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1.3.4
牛顿流体与非牛顿流体
牛顿流体： 满足牛顿粘性定律的流体。 两个含义： 1 、当速度梯度为零时，粘性力为零。 2 、粘性力与速度梯度呈线性关系。 非牛顿流体： 凡不满足牛顿粘性定律的流体均称为非牛顿 流体。
Pa
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第一章 动量传输的基本概念
1、 1 流体及连续介质模型 在剪切应力的作用下会发生 连续的变形的物质。
1、流体的定义:
流体的密度
m lin v 0 V
ΔV 从宏观上看应足够小， 而从微观上看应足够大。
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流体及连续介质模型 流体的密度
m v
ρ v
对于均质流体

Δv
m V
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流体及连续介质模型 1、2 流体的主要物理性质
流体的密度 只有当流体是连续介质时，流体的一切物理属 性均可以看作是坐标和时间的连续函数。可以用 微积分来处理问题。
流体的比容 1 V m 即密度的倒数。
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m3
a. 正负号的意义，
由于粘性应力的方向与流动方向平行，则τ yx与dvx /dy 的 方向无关（梯度是矢量）粘性应力是一对大小相等，方向相 反的力。 亦是一矢量，正负号表示力的方向。同时也可表为 粘性动量通量。
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流体的粘性
b.粘性动量通量：
通过单位面积在单位时间内传递的动量。

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二 单位换算： 力 : 1kgf=9.807 N 1N=0.102kgf 压力（强）:1atm=1.01325×105 Pa 1atm=760mmHg=10332mmH2O 1at=10000mmH2O=735.6mmHg=9.807×104 1mmH2O=1kgf/㎡=9.8Pa 能量: 1kJ=0.239kcal 1kcal=4.187kJ 1w=1J/s=0.86kcal/h 1kcal/h=1.163w
固定
y
v x（y）
H 稳定 开始 x
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F
v0
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流体的粘性
将下面的一块平板作匀速直线运动，连续测定使这块 平板作匀速直线运动所需的力。实验测得稳定后F=Const。 实验结果： 1 0与F不变时，F ∝A 2 vA=Const 时：F ∝ o /H （唯一的单增函数） 结果的表达式为： v
P2 2 1 P1
2 1
P1 P2
2、 等压时（P1=P2）
2
T1 1 T2
T0 0 t 0 Tt 1 t
β=1/273
10
2 1
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T2 T1
流体的基本性质 当气体的压力不太高（<10kPa) ,或速度不太高 (<70m/s)时，可认为是不可压缩的。 3、绝热时 当气体没有摩擦，又没有热交换时， 可认为是绝热可逆过程 ：
P T
K=Cp/Cv
k k 1

P1 T1
k k 1
P

k

k 1
P 1
K:气体的绝热指数
单原子气体 双原子气体 多原子气体 干饱和蒸汽
k=1.6； k=1.4（如氧气、空气）； k=1.3(如过热蒸汽）； k=1.135
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绝热指数仅与气体的分子 结构有关
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流体的粘性