01第一章 动量、热量与质量传递
化工传递(第一章)
※ u和d称为流体流动的特征速度和特征尺寸
当量直径
4
流道截面积 润湿周边长
当量直径
圆截面 d
矩形截面
2ab ab
环形截面 d2 - d1
※ Re＜2000，总是层流；
Re＞10000，一般都为湍流；
2000＜Re＜10000，过渡状态。若受外界条件影响，如管道直径或方向的改变、 外来的轻微振动都易促使过渡状态下的层流变为湍流
第一章 传递过程概论
第二节 流体流动导论
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性
（一）流体的密度（ρ）
均质流体：
※ 非均质流体： f x,y ,z
图1-1 均质水溶液
密度： M
V
方法：取一微元，设微元 质量为dM，体积为dV
图1-2 非均质溶液 ρ：点密度 dM：微元质量 dV：微元体积
欧拉平衡微分方程
p x
ห้องสมุดไป่ตู้
X
p Y
y
质量力：X = 0，Y = 0，Z = - g
p Z
z
p 0 x
p 0 y
p dp g
z dz
p
h
积分得： dp g dz
p0
0
流体静力学方程
p p0 gh
h p p0
g
流体平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）的推导
流体平衡条件：
FB+ Fs = 0
x方向平衡条件： dFBx dFsx 0
x方向作用力：
质量力（dFBx）： dFBx Xdxdydz
F 表面力（dFsx 静压力产生）： d sx
2016年北京化工大学化工传递过程原理总复习
第三章 运动方程的应用
1、掌握不可压缩流体的平壁间稳态层流的推导。
2、爬流的定义和特点。 3、流函数的定义式。 4、势函数的定义式，势函数存在的判据。 5、斯托克斯方程、欧拉方程的表达式及应用范围。 6、掌握本章习题。
2016/12/2
6
第四章 边界层理论基础
1、普兰德边界层学说。 2、速度边界层及其厚度的定义。 3、曳力系数的定义式。 4、范宁摩擦系数的定义式。 5、掌握普兰德边界层方程的推导。 6、掌握边界层积分动量方程的推导。 7、掌握本章的例题和习题。
题型
1、概 念 2、大推导 3、计算题 4、小推导 5、论述题 6-7 个 约20分 1 个 约20分 3-4 个 约40分 1-2 个 约10分 1 个 约10分
考试时间2.5小时
2016/12/2 3
第一章 动量、热量和质量传递导论
1、描述层流下三类传递过程的类似性。
2、掌握三个准数的定义式。
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15
3、传递过程、分子传递和涡流传递概念
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4
第二章 连续性方程和运动方程
1、衡算方法、衡算定律和计算衡等式。 2、什么是欧拉研究方法？ 3 、什么是拉格朗日研究方法？ 4、随体导数、全导数的表达式， 描述随体导数、全导数和偏导数物理意义。 4、熟悉连续性方程、运动方程的推导。 6、掌握不可压缩流体的连续性方程、运动方 程表达式。
总复习
有关考试
考试时间：2016年12月6日14:00 – 16:30
考场分配：待定
注意事项：
1、考试时把考试一卡通置于桌子的左上角。 2、自带计算器，铅笔、橡皮和直尺，考试时不能相互借用。 3、计算题采用科学计数法，小数点后保留两位有效数字。 4、考试期间不能打开手机。
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。
传递过程原理讲课提纲第一章：动量、热量与质量传递
化学工程、环境工程专业工程硕士班传递过程原理/环境流体力学（水力学）讲课提纲湘潭大学化工学院杨运泉绪论1.动量、热量与质量传递概述a. “传递过程”概述b. “传递过程”所讨论的主要问题：过程速率及定义式c. “传递过程”的意义及用途2.单位制的问题第一章动量热量与质量传递导论§1 现象定律与传递过程的类似性1.传递过程的一般形式：分子与涡流传递2.现象定律：定义及传递过程三个基本定律3.梯度概念§2 涡流传递的类似性1.涡流黏度，涡流扩散系数2.几个常用准数：Pr、Sc 、Le 、Sh 、Nu、Re 及其相互关系§3 圆管中的稳态层流1.圆管中稳态层流的速度分布及压降——泊稷叶方程2.平行平板间稳态层流的速度分布与压降计算3.主体流速（平均流速）概念及定义式a.层流下的平均流速b.湍流下的平均流速：尼古拉斯—布拉修斯分布律c.湍流主体的涡流粘度与层流内层中分子粘度量级的比较第二章总质量能量及动量衡算§1总质量衡算1.概念：控制体，控制边界2.质量守恒定律一般表达式3.单组分、多组分无化学反应体系的质量衡算一般表达式4.多组分、有化学反应体系的质量衡算表达式及反应速率（生成速率）符号规定5.系统总质量衡算的普遍化方程及∮AρucosαdA的意义§2 总能量衡算1.流动静力学平衡方程——流体连续性假定及欧拉平衡方程的推导a.二种类型力：表面力：压力剪力体积力：惯性力场力b.力的平衡：微分平衡方程dp/ρ=Xdx+Ydy+Zdzc.旋转容器内流体的压强分布（闭盖时）2d.旋转容器内流体的自由界面形态（敞盖时）2.运动流体的平衡方程——牛顿第二定律应用于理想流体（柏努利方程） a.流体运动的两种考察方法：欧拉法与拉格朗日法 b.流线与轨线及其特性c.稳态流动下流体的机械能守恒方程（理想流体）{d.稳态下非理想流体的机械能衡算方程e.动能项修正系数α的计算α=[(2n+1)(n+1)]3 /[4n 4(2n+3)(n+3)]§3 总动量衡算1.流体动量的表示 u M p2.三维流动空间中流体动量衡算方程总式及向量分式3.弯管中流体动量及弯管受力分析计算第三章 粘性流体运动的微分方程及其应用§1 连续性方程1.连续性方程推导2.连续性方程的分析与简化a.随体导数、 局部导数、 对流导数b.不可压缩流体的连续性方程判别式及例题 3.柱和球座标系中的流体连续性方程表示 §2 流体运动的基本方程1.以随体导数表示的流体受力，牛顿第二定律表示法2.流体受力类型及各力大小、方向分析，力平衡方程3.剪应力与形变（线形变、角形变）关系4.法向应力的表达5.粘性流体的Navier-Stokes 方程及讨论6. N-S 方程在柱和球座标中的表示 §3 N-S 方程的应用实例1.无限大平行平板间稳态层流速度分布、平均速度及压强计算2.圆形直管内的稳态层流速度分布、平均速度及压强计算3.环形套管中的稳态层流速度分布、平均速度及压强计算 §4 爬流1.爬流概念2.球形颗粒表面上爬流的N-S 方程球坐标解析式3.球形颗粒在流体中的受力——Stokes 方程 a.形体阻力、表面阻力 b.斯托克斯方程单一流线流线束传递过程原理湘潭大学化工学院c.阻力系数ξ(C D)§5 流线与流函数1.流线概念2.流线的基本属性3.流线方程4.流函数及其意义5.柱坐标中的流函数定义式§6 势线与势函数1.势及势线概念2.势线与流线的基本关系3.势函数与势线方程及其意义第四章边界层理论基础§1边界层概念a.边界层的形成b.边界层的厚度§2 阻（曳）力系数与范宁摩擦系数§3 Prandtl边界层方程§4边界层积分动量方程a. 边界层积分动量方程b. 流体沿平板壁面流动时层流边界层的计算――平板壁阻力系数§5边界层分离与形体阻力第四章湍流§1湍流的特点、起因和表征a. 湍流的特点b. 湍流的起因c. 湍流的表征――时均量、脉动量d. 湍流强度与湍流标度§2雷诺方程和雷诺应力§3湍流的半经验理论――普兰德动量传递理论§4光滑管中的湍流a.Prandtl混合长与通用速度分布方程b.速度分布与流动阻力§5粗糙管中的湍流a.粗糙度与相对粗糙度b.速度分布与流动阻力第五章热量传递理论与能量方程§1传热方式3a.传导b.对流c.辐射§2能量方程的推导及特定形式§3稳态热传导a.无内热源的一维稳态热传导问题解析解b.有内热源的一维稳态热传导c.扩展表面的导热d.二维稳态导热的数值解§4忽略内热阻的非稳态导热――集总热容法§5 一维非稳态热传导问题解析解a.初始条件和边界条件b.半无限固体的不稳态导热c. 大平板的不稳态导热绪论4传递过程原理 湘潭大学化工学院5一. 动量热量与质量传递概述1 单纯传递过程早在化工原理课程中有讨论，始于1920年初，三者之间的相似性与联系未受到重视，1960年前后，才有“传递过程”课程。
《化工传递过程Ⅱ》课程教学大纲
《化工传递过程Ⅱ》课程教学大纲课程编号：12S15A0103建议学时：40课程名称：化工传递过程Ⅱ开课学期：秋季英文名称：Fundamentals of Transport课程学分：2.5Processes适用专业：化学工程、化学工艺、化工机械、海洋化学工程与技术一、课程性质、目的和任务传递过程原理是国内外化学工程系高年级本科生和硕士研究生的必修课程，是化学工程专业的重要基础理论课程之一。
课程教学的任务是在大学化工原理（或化工过程与设备或单元操作）课程的基础上，通过课程学习使学生理解动量传递、热量传递和质量传递的基本原理以及三者之间的密切联系，掌握建立、求解化工传递过程数学模型基本方法，提高学生分析问题、解决问题的能力。
二、课程主要内容及要求第一章动量、热量与质量传递导论（共2学时）1、绪论2、现象定律3、普兰德数、施密特数和刘易斯数本章内容为一般了解。
第二章粘性流体流动的微分方程（共4学时）1、连续性方程的推导及分析2、粘性流体的运动微分方程3、用动力压力表示的萘维－斯托克斯方程本章内容为详细掌握。
第三章运动方程的应用（共8学时）1、稳态层流2、非稳态流动3、流函数4、势流第四章边界层理论基础（共4学时）1、边界层概念2、普兰德边界层方程的推导及求解3、边界层积分动量方程的推导本章内容为详细掌握。
第五章热量传递概论与能量方程（共2学时）1、热量传递方式2、能量方程本章内容为一般了解。
第六章热传导（共4学时）1、稳态热传导2、集总热容法3、一维不稳态导热的分析解本章内容为详细掌握。
第七章对流传热（共6学时）1、对流传热的机理和膜系数2、平板壁面层流传热的精确解3、平板层流传热的近似解本章内容为详细掌握。
第八章质量传递概论与传质微分方程（共2学时）1、分子传质与对流传质2、质量传递微分方程本章内容为一般了解。
第九章分子扩散（共2学时）1、稳态分子扩散的通用速率方程2、气体中的分子扩散本章内容为详细掌握。
质量传递和热量传递概述ppt.
一、流体流动规律*
二、质量传递概述
三、热量传递概述
第一节 质量传递和热量传递概述
在以后还会遇到粘度μ与流体密度ρ的比值，以ν表示，即
u
(2 - 8)
ν的单位为m2/s。因为它没有力的量纲，是一个运动学要素，为了区别起见， ν称运动粘度，μ则称动力粘度。 式(2-8)是由牛顿提出的假设，后被人证实，称牛顿内摩擦定律。它可以理 解为切应力与剪切变形角速度成正比。显然，流体静止时，没有切应力。牛 顿内摩擦定律只适用于流体的层流运动，而且对某些特殊流体亦不适用。凡 符合牛顿内摩擦定律的流体，称牛顿流体，如水、空气、汽油、煤油、乙醇 等；凡不符合的流体，称非牛顿流体，如聚合物液体、泥浆、血浆等。牛顿 流体和非牛顿流体的区别，可用图2-2表示，τ0为初始(屈服)切应力。 在研究流体运动时，常引进理想流体的概念。理想流体和实际流体的区别 是没有粘性。进行理想流体研究的目的，一方面是为了简化分析研究工作， 使较易得出一些主要结论，然后再对粘性的作用进行专门研究后加以修正、 补充，这种修正、补充多半是以实验资料为依据的；另一方面，亦有一些问 题，如粘性的影响不是很大，通过对理想流体的研究，可以得出实际可用的 结果。理想流体只是实际流体在某种条件下的一种近似(简化)模型。 一、流体流动规律*
一、流体流动规律
二、质量传递概述
三、热量传递概述*
第一节 质量传递和热量传递概述
(二) 热对流 热对流又称对流，是指各部分之间发生相对位移，冷热体相互掺混引起热 量传递的方式。所以热对流中热量的传递与流体流动有密切的关系，当然， 由于流体存在温度差，所以也必然存在导热现象，当导热在整个传热中处于 次要的地位。 工程上，常把具有相对位移的流体与所接触固体壁面之间的热传递过程称 为对流换热。 对流换热的热通量服从牛顿冷却公式：
化工传递过程 第一章 传递过程概论
描述分子动量传递的基本定律
粘性流体：有粘性，流体层间会产生剪切力
y
静
止
两块无限大的平行平板，中间
u-du
dy
u
u0
x
充满流体，上块静止，下块运动， 因粘性的存在，最下层流体必随板 运动，速度uo , 最上层流体也必随 板静止，速度0。
实验证明，当uo不是很大，流体处于层流范围内时， 剪应力（动量通量）与速度梯度成正比，即：
通量=－扩散系数×浓度梯度
① 各过程所传递的物理量均与其相应的强度因素的梯度 成正比，并且都沿着负梯度的方向传递；
② 各式的系数都是物性常数，它们只是状态的函数，与 传递的物理量多少和梯度的大小无关。
（5）.涡流传递的类似性 涡流动量、热量与质量传递：
r d (ux )
dy
( q )e A
H
d (cpt)
dy
“-”表示热通量与温度梯度的方向相反，即热量是由 高温向低温方向传递.
导热系数k 是物质的物理性质。
固体和液体：k与压力关系不大
气体：
k与压力有关
三、费克定律（Fick’s law)
jA
DAB
dCA dy
描述 2 组元混合物体系中A存在浓度梯度时的分子扩散
jA— 组分A的质量通量，kg/ (m2 ·s), DAB— 组分A在B中的扩散系数 “-”表示质量通量的方向与浓度梯度的方向相反 DAB —与组分的种类、压力、温度、组成等因素有关。
范围：牛顿型流体：遵循牛顿粘性定律的流体，如：所
有的气体和大多数低分子量的液体。 非牛顿型流体（爬杆效应）：不满足牛顿粘性定
律的流体，如：血液和高分子流体（沥青）。
二、傅立叶定律（fourie’s law)
三传基础
——动量传输系数，又称运动粘度，m2/s，单位体积动量 梯度所传递的动量。
yx
动量传递 u1 梯度
yx
u2
牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体：剪应力和变形速率满足线性关系。 非牛顿流体：剪切应力和变形速率之间不满足线性 关系的流体。
牛顿流体 非牛顿流体
韦森堡效应
牛顿流体和非牛顿流体
1841年，该假说由普阿节尔通过实验验证。
牛顿（Isaac.Newton，1642-1727) 英国伟大的数学家、 物理学家、天文学家和自然哲学家。牛顿在科学上最 卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。牛顿的成就， 恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：" 牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学， 由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立 了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于 认识了力的本性而创立了科学的力学"。
N N m kg m / s 2 3 m m s m2
力 能量 动量 3 2 2 m m m t
流体的动量传输也就是力能的平衡与转换过程
本章小结
流体的概念和特征
流体的密度和重度
流体的压缩性和膨胀性
作用力、能量、动量
第二章 流体流动的基本特征
2.1 流体流动的起因
2.3(3.1) 流体的粘性及牛顿粘性定律
流体的粘性
粘性：流体内在的阻滞流体流动或变形的性质。
粘性力：由于粘性而产生的阻滞流体流动的力。 粘性是分子内聚力和流层间分子热运动所引起的动量 传递的表现，是流体的固有性质。
牛顿粘性定律
1686年牛顿在《自然哲学的数学原理》中假设：“流体 两部分由于缺乏润滑而引起的阻力与速度梯度成正比”。
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一、现象定律 2. 牛顿粘性定律(Newton’s law of viscosity)
u0 y dy u+du u h x
dux dy
式中 剪应力； 动力粘度或粘度；
dux dy 速度梯度或剪切速率；
f p, t , x( y)
牛顿型流体与非牛顿型流体
d( c P t ) 热量浓度梯度，其单位 为： dy c P t kg J 1 J [ ] 3 K 3 y m kg K m m m
即 (热量通量) -(热量扩散系数 ) (热量浓度梯度 )
二、动量、热量与质量通量的普遍表达式 3. 质量通量
j A D AB
三、涡流传递的类似性
1. 对于涡流动量通量，可写成：
式中 e - -涡流剪应力或雷诺应力 ；
d( u x ) dy
e
- -涡 流 粘 度 ；
2. 对于涡流热量通量，可写成： q e
d( c P t ) H dy A
式中 H - -涡流热量扩散系数；
由此知：剪应力τ为单位时间(s)通过单位面积(m2)的动量，
故剪应力可表示动量通量。
即
(动量通量) -(动量扩散系数 ) (动量浓度梯度 )
2. 热量通量 对于物性常数k，cP和ρ均为定值的导热问题，傅立叶定律 可改写成下式：
q k d( c P t ) d( c P t ) A c P dy dy
kg m 3 m 2 [v ] [ ] m s kg s
d( ux ) dy - -动量浓度梯度，其单位 为： ux kg m 1 kg m s [ ] 3 m 3 m y m s m
二、动量、热量与质量通量的普遍表达式 1. 动量通量
d( u x ) d( u x ) v dy dy
第一章 动量、热量和质量传递导论
动量、热量和质量传递是一种探讨速率的科学， 它们不仅可以用类似的数学模型描述，而且描述三 者的一些物理量之间还存在着某些定量关系，“类 似”与“定量”会使研究传递过程规律的问题得以 简化。
第一节 自学
第二节 动量、热量和质量传递的类似性
一、现象定律 1. 概念
（1） 分子传递
（1）牛顿型流体； τ 4 3 1 2
（2）胀塑性流体，
如浆糊，云母悬浮液，流沙； （3）假塑性流体， 如油漆、纸浆、高分子溶液； （4）塑性流体， 如泥浆、污水、有机胶体等。
du/dy
牛顿型流体与非牛顿型流体
一、现象定律
3. 傅立叶定律(Fourier’s law)
q dt k A dy
q 热 通 量 ； A k 物质的导热系数；
dt dy 温度梯度；
一、现象定律 4. 费克定律(Fick’s law)
对于两组分系统，分子扩散所产生的质量通量为：
j A D AB
d A dy
式中 j A 组分A的扩散质量通量； DAB 物质A在B中的扩散系数； d A dy 组分A的质量浓度 (密度)梯度；
3. 对于涡流质量通量，可写成：
jA
e
d A M dy
式中 M - -涡流质量扩散系数；
上述三种： .. - -涡 流..系数，与流体的性质无 关，与湍动 程度、流体在流道中所 处的位置、边壁糙度等 因素有关。
d A dy
kg 式中 j A 组分A的扩散质量通量，单位 为： 2 ； m s
DAB
d A
m2 组分A的质量扩散系数，单位 为： ； s
kg dy 组分A的质量浓度(密度)梯度, 单位为： 3 m m
即
(质量通量) -(质量扩散系数 ) (质量浓度梯度 )
二、动量、热量与质量通量的普遍表达式 4. 结论
j A DAB
d A dy
（1） 三类分子传递过程可以用一个通式来描述；
即 (通量) -(扩散系数) (浓度梯度)
（2）动量、热量和质量三个的扩散系数v、α和DAB具有相同 的因次m2/s，且只是状态函数，与传递的物理量或梯度无关； （3）通量为向量，其方向与该量的梯度方向相反，故有“-”。
q J 式中 q A 热量通量，其单位为： [ ] 2 ； A ms
二、动量、热量与质量通量的普遍表达式 2. 热量通量
q k d( c P t ) d( c P t ) A c P dy dy
导温系数或热量扩散系 数，其单位为：
k J m 3 kg K m 2 [ ] [ ] c P m s K kg J s
d( ux ) dy
q A d( c p t ) dy
2 N m k g m /s m 2 s m3 m
2 J m J m 2s s m 3 m 2 kg m kg m 2s s m 3 m
二、动量、热量与质量通量的普遍表达式 1. 动量通量
d( ux ) d( ux ) v dy dy
式中 - -剪应力或动量通量，单 位为：
F N kg m s 2 kg m s [ ] [ ] 2 2 A m m m2 s
v - -运动粘度或动量扩散系 数，其单位为：
由分子的微观运动所引起的动量、热量
和质量传递 (层流情况下) 。 （2） 涡流传递 由涡流混合形成的流体微团的宏观运动
所引起的动量、热量和质量传递(湍流情况下)。 （3） 现象定律 由分子传递产生的动量传递 由分子传递产生的热量传递 牛顿粘性定律 傅立叶定律
由分子传递产生的质量传递
费克第一定律(分子扩散定律)