冶金传输原理(三传)

一、动量传输

层流：流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和掺混，这种流线呈平等状态的流动称为层流

表面力：作用于流体微元界面（而非质点）上的力，该力与作用面的大小成比例

流体的流动型态分为层流和紊流

作用于流体上的力是表面力和质量力

两种不同流体的分界面一定是等压面

动量传输方式有物性动量传输和对流动量传输

黏性系数：表征流体变形的能力，由牛顿粘性定律所定义的系数，速度梯度为1时，单位面积上摩擦力的大小

不可压缩流体：流体密度不会随压强改变而改变或该变化可忽略的流体

速度边界层：在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为0到0.99倍的地方成为速度边界层

理想流体：不存在黏性力或者其作用可以忽略的流体

牛顿流体：符合牛顿粘性定律，流体剪切应力与速度梯度的一次方成正比的流体

动量通量：单位时间通过单位面积的动量变化N/m2

等压面：1等压面就是等势面2作用在静止流体中任一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面3两种不同流体间的分界面一定是等压面

流体流动的起因：自然流动、强制流动

连续介质：将流体视为由连续不断的质点群构成;内部不存在间隙的介质

流体微团（微元体法（精确解））：由质点组成的微小的流体单元

控制体（控制体法（近似解））:流场中某一确定的空间区域，其周界称为控制面

场：在空间中每点处都对应着某个物理量的精确值，在该空间存在该物理量的场

附面层（边界层）：具有黏性的流体，流过固体表面时，由于流体的黏性作用在固体表面附近会形成具有速度梯度的一个薄层区域，此区域叫做附面层

梯度：垂直于等值面，指向方向导数最大的方向

流体动量传输的阻力损失：摩擦阻力和局部阻力

流体流动的基本能量：动能、热能

动量传输的实质：力和能量的传递

相似理论：具有相同运动规律的同类物理现象作类似现象中，表征过程的同类各物理量之间彼此相似

相似条件：1几何相似：两类现象各部分比例为常数2物理相似：物理过程相同，数学描述相同3初始条件和边界条件相似(包括几何和物理)

相似的充要条件：相似常数存在，相似准数相等

因次（量纲）：物理量单位的种类

因此和谐原理：物理方程中各项的因此必须相等

Π定理：Π=n-m n：物理量个数，m：基本因次个数Π：独立相似准数个数

公式：

二、热量传输

薄材与厚材：不是指几何性质，而是物体内外温差较小或者趋近于0的是薄材，否则就是厚材

热量传输的基本方式：导热、对流、辐射

等温面：温度场中，同一瞬间相同温度各点构成的面

傅克方程物理意义：包括导热和对流的一般性传热规律

平壁和曲壁导热异同：平壁：单位面积热量不变。曲壁：总热量不变。

非稳态导热的相似准数：Bi=hl/λ（毕殴准数）Bi<0.1M为薄材Bi>0.1M为厚材M=特征尺寸/定型尺寸。特征尺寸：板1圆柱1/2球1/3

对流传热：在流体流动条件下，流体和与之接触的表面发生的传热过程

影响对流传热的因素：流动的起因、性质、物性、表面几何特性

热附面层：当流体与表面温度不同，发生对流传热时，在靠近表面附近会形成具有温度梯度的流体薄层，称为热附面层

辐射传热：电磁波的发射和吸收过程

影响辐射传热的因素：物体自身性质，表面状况，温度，物体空间几何关系

黑体：能把投射来的辐射能完全吸收的物体。

黑度：实际物体的辐射力和相同温度下黑体的辐射力之比称为物体的黑度（与材料性质、表面温度、表面粗糙度有关）

气体辐射特点：1无反射能力有透过能力2不同成分气体辐射与吸收能力差别很大3气体辐射与吸收有较强的选择性4气体的辐射和吸收是在容积中进行的，称为体积辐射

三、质量传输

质量传输：物质从物体或空间的某一部分转移到另一部分的现象。（推动力：浓度差）

质量传质方式：扩散传质、对流传质

影响传质的因素：

有限厚无限厚（传质）：当物质的扩散深度超过物体厚度时，为有限厚的浓度场，此时的扩散传质过程中，物体内各点的浓度均随时间而变化。反之则为无限厚

扩散系数：沿扩散方向，在单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积所扩散的物质量Di

影响扩散系数的因素：自身扩散性、扩散对象、互扩散条件、组成浓度

气体定态传质三个要求：1容器中有厚δ的金属隔板2板两侧有

组分相同的气体平衡浓度为C

1C

2

3气体对金属板的互扩散系数为

Di常数

渗透理论：当主流流经表面时，流体质点不断穿过流体的附壁薄层向固体表面迁移冰雨之接触，并进行质量的传递过程。

根据动量守恒定律，可以推导出纳维-斯托克斯方程；根据能量守恒定律可以推导出传热微分方程，根据质量守恒定律可以分别推导出连续性方程和质量传输微分方程

分子扩散传质与传导传热的联系与区别：

两者都是依靠物体之间相互接触时分子或原子之间的热运动来实现的，在温度差和浓度差同时存在时，基本粒子之间的热运动可同时引起分子扩散和传导传热，这是他们之间的联系。区别是分子扩散传质要发生宏观物质位移，而传导传热则没有或可以忽略。因此温度对分子扩散传质和传导传热的影响是不同的

简述质量传输的基本方式

质量传递的基本方式有：分子扩散和对流传质

分子扩散：分子传质在气相、液相和固相中均可能发生，由于组分的浓度在各处不均匀，是组分有高浓度区向低浓度区扩散，这种不依靠宏观混合作用发生的质量传递现象便是分子扩散。扩散通量遵循菲克第一定律

对流传质主要发生在流体介质和不同浓度之间或相际的不同浓度之间，即发生在流体内部，流体与流体的分界面或流体与壁面之间，此时，质量传递不仅与质量传递的特性因素有关，还与动量传递的动力学因素有关

薄材与厚材：不是指几何意义。而是在非稳态导热中，从物体加热或冷却的观点出发，物体内外温度差较小或趋近与0的为薄材，否则为厚材。

平均射线行程：某容器中气体的温度，压力和祖坟与一半球中气体一样，恰好该半球气体对球心的辐射等于容器中气体对指定部位的辐射时，该半球半径就是某容器的当量球半径。称为平均射线行程

分别说明牛顿粘性定律、傅里叶导热定律和菲克第一定律。并比较三定律描述传输的类似性！

τ=u du/dy 表示单位面积上的粘性力与速度梯度的一次方成正比

q=-λ dT/dy 热导热通量q正比于温度梯度，负号表示导热方向和温度梯度方向相反

n=D dc/dz 不考虑主动流动，通过物体B扩散的质量传输量与物体两面的浓度差、扩散时间和垂直于传质方向的截面成正比，与扩散方向上的距离成反比。

类似性：都与梯度有关，以通量表示梯度的速率，引起传递的宏观原因为梯度，微观上分子的运动。

双膜理论：双模理论是关于流体在相间界面上质量传输的边界层理论，该理论分析其中只有一个相的流动是决定性流动的过程，或是用于传质发生在与固相界面上的场合。

其过程有：1 І相膜内的扩散2 相界面上量相同的平衡传递3Ⅱ相膜内的扩散。

假定：1综合传质速率取决于各项膜内的扩散，界面不存在传质阻力2各单项扩散传质阻力集中于各自的有效附面层内

根据双模理论我们推导出对流传质系数与扩散系数的一次方成正比。双模模型为传质模型奠定了初步的基础、气—固相间综合传质

物体氧化物在气相中还原处理过程由三个环节构成：

1气体还原剂通过气膜向气固界面扩散

2气体还原剂及反应生成物气体，在反应生成物固体中扩散

3在固态氧化物和固体还原物界面的化学反应

各种准数

均时准数Ho=τ/（l/u）

雷诺准数Re=ρul/μ=ρu2/(μu/l)惯性力与粘性力之比欧拉准数Eu=P/ρu2压力与惯性力之比

弗鲁德准数Fr=gl/u2=ρgl/ρu2 重力与惯性力之比

伽利略准数Ga=Fr.Re=ρg2l3/μ

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