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1、 第一章 第一节 流体流动导论流体是气体和液体的统称。 流体由大量的彼此之间有一定间隙的分子组成, 各个分子都做着无序的随机运动。因此流体的物理量在空间和时间上的分布是不连续的。一.静止流体的特性流体静止状态是流体运动的特定状态,及流体在外力作用下处于相对静止或平衡状态。1.流体的密度2.可压缩流体与不可压缩流体3.流体的压力4.流体平衡微分方程5.流体静力学方程二流体流动的基本概念1流速与流率若流体流动与空间的 3 个方向有关, 称为三维流动；与 2 个方向有关, 称为二维流动； 仅与1 个方向有关,则称为一维流动。在化学工程中,许多流动状态可视为一维流动。流率为单位时间内流体通过流动截面的
2、量。2.稳态流动与非稳态流动当流体流过任一截面时, 流速、 流率和其他有关的物理量不随时间变化, 称为稳态流动或定常流动。只要有一个随时间变化,则称为非稳态流动或不定常流动。3.粘性定律与黏度4.粘性流体与理想流体5.非牛顿型流体6.流动形态与雷诺数7.动量传递现象第二章 第一节 动量传递概论按照机理不同, 可将动量传递分为分子动量传递和涡流动量传递两种。前者指层流流动中分子的不规则热运动引起的分子迁移过程；后者为湍流运动中的微团脉动引起的涡流传递过程。二者统称为动量的扩散传递。 此外, 流体发生宏观运动引起的动量迁移过程称为对流动量传递。一动量的分子传递与涡流传递1.分子动量传递与传递系数分
3、子动量传递：由微观分子热运动所产生的动量传递。2.涡流动量传递当流体做湍流流动时, 流体中充满涡流的微团, 大小不等的微团在各流层之间交换, 因此湍流中除分子微观运动引起的动量传递外,更主要的是由宏观的流体微团脉动产生的涡流传递。 在层流流动的流体内部, 流体质点无宏观混合, 各层流体中间的动量才传递主要靠分子传递；而当流体做湍流流动时,动量的传递既有分子传递又有涡流传递。于流体黏性的减速作用, 湍流流动的流体在紧靠壁面外的流层中仍处于层流状态,传递为分子传递。因此,在壁面处流体层中发生的动量传递机理为分子传递。但研究发现,由其动量的第三章 第一节 曳力系数与范宁摩擦因数1.绕流流动 曳力系数
4、又称流体阻力系数。 流体作用于颗粒上的曳力对颗粒在其运动方向上的投影面积与流体动压力乘积的比值。2.封闭管道内的流动范宁摩擦因数 f第四章 第一节 边界层的概念普朗特边界层理论的要点： 当实际流体沿固体壁面流动时, 紧贴壁面的一层流体由于黏性作用将粘附在壁面上而不“滑脱” ,即在壁面上的流速为零；而由于流动的Re 数很大,流体的流速将由壁面处的零值沿着与流动相垂直的方向迅速增大,并在很短的距离内趋于一定值。换言之, 在壁面附近区域存在这一薄的流体层, 在该层流体中与流动相垂直方向上的速度梯度很大。这样的一层流体称为边界层。在边界层内,绝不能忽略粘性力的作用。而在边界层以外的区域, 流体的速度梯
5、度则很小, 几乎可以视为零, 因此在该区域中完全可以忽略黏性力的作用,将其视为理想流体的流动。边界层厚度：当流体的流速沿壁面的法向达到外部流速的99%时的距离为边界层厚度,通常以 表示。 边界层厚度 随流体的性质 （如密度与黏度） 、来流速度以及流动距离而变化。第五章 第一节 湍流的特点,起因及表征湍流的特点 ：a.质点的脉动 b.湍流流动阻力要远远的大于层流阻力与混合,在于流动垂直的方向上流体的速度分布较层流均匀。湍流的起因 ：流体由层流转变为湍流,需具备以下两个条件；c.由于质点的高频脉动1.漩涡的形成； 2.漩涡形成后脱离原来的流层或流束, 进入邻近的流层或流束。 漩涡的形成取决于以下因
6、素： 流体的黏性、流层的波动,边界层的分离和当流体流过某些尖缘处时,也促成漩涡的形成。流体的黏性即是形成旋涡的一个重要因素, 同时它又会对旋涡的运动加以阻挠。 因此黏性对流体的湍动既起着促进作用又起着制约作用。 此外,微小的波动是形成旋涡的重要条件之一,所以湍流现象的产生不仅与流动的内在因素有关,同时也与外界因素有关。湍流的表征1 时均量与脉动量2.湍流强度第六章 第一节 热量传递的基本方式一 热传导（导热 ）傅里叶定律热导率：数值上等于单位温度梯度下的热通量,其表征了物质导热能力的大小。二 对流传热对流传热是由于流体的宏观运动, 流体各部分之间发生相对位移, 冷热流体相互掺混所引起的热量传递
7、过程。 对流传热只能发生在有流体流动的场合, 而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动, 因而对流传热必然伴随着导热现象。 工程上比较感兴趣的是固体壁面与其邻近的运动流体之间的热交换过程。 在化工生产中经常见到对流传热过程有热能由流体传到固体壁面或由固体壁面传入周围流体两种。三 辐射传热辐射传热： 由于温度差而产生的电磁波在空间的传热过程。 辐射传热的机理与导热和对流传 热不同, 后两者需在介质中进行, 而辐射传热无需任何介质, 只要物体的绝对温度高于绝对零度,它就可以发射能量,这种能量以电磁波的形式向空间传播。描述热辐射的基本定律为斯蒂芬-玻尔兹曼定律：理想辐射体（黑体）向外发射能量的
8、速率与物体热力学温度的四次方成正比。在工程实际中, 大多数常见的固体材料均可视为灰体。 灰体是指能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体。灰体也是理想物体。四同时进行导热、对流传热及辐射传热的过程。第七章 第一节 稳态热传导一 无内热源的一维稳态热传导1.单层平壁一维稳态热传导2.单层筒壁的稳态热传导二 有内热源的一维稳态热传导三 二维稳态热传导1.物体内部的结点温度方程2 物体边界上的结点温度方程3 二维稳态温度场的结点温度方程组第八章 第一节 对流传热的机理与对流传热系数一对流传热机理二温度边界层（热边界层）三对流传热系数第九章 第一节 质量传递概论一 混合组成的表示方法1 质量浓度与物
9、质的量浓度a 质量浓度：单位体积混合物中所含某组分b 物质的量浓度：单位体积混合物中所含某组分1 质量分数与摩尔分数i 的质量称为该组分的质量浓度i 的物质的量称为该组分的物质的量浓度。a 质量分数：混合物中某组分i 的质量占混合物总质量的分数称为该组分的质量分数。b 摩尔分数： 混合物中某组分 i 的物质的量占混合物总物质的量的分数称为该组分的摩尔分数。二 质量传递的基本方式分为分子传质和对流传质1 分子传质a 分子传质又称为分子扩散,由分子的无规则热运动产生的物质传递现象。b 费克第一定律2 对流传质三 传质的速度与通量1 主体流动现象2 传质的速度 3 传质的通量： 单位时间通过垂直于传
10、质方向上单位面积的物质量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。a 以绝对速度表示的传质通量（总传质通量）b 以扩散速度表示的传质通量（扩散通量）c 以主体流动速度表示的传质通量（主体流动通量）d 各传质通量之间的关系组分的总传质通量 =分子扩散通量 +主体流动通量第十章 第一节 一维稳态扩散的通用速率方程分子扩散可分为气体、液体和固体中的扩散几种类型第十一章 第一节 对流传质的机理与对流传质系数一 对流传质机理二 浓度边界层三 对流传质系数1.对流传质系数定义：固体壁面与流体之间的对流传质通量为NA=kc （cAs-cAb ）即为其定义式。2.对流传质系数的表达形式a 等分子反方向扩散时的传质系
11、数b 组分 A 通过停滞组分 B 扩散时的传质系数第十二章 第一节 热量和质量同时传递的过程一 湍流下流量和质量同时传递的过程a 热量和质量同时稳态传递的基本微分方程b 质量传递和热量传递的速率方程二 空气-水物系中热量和质量同时传递的过程a 湿球温度：少量的液体组分A 蒸发到大量的流动气体组分B 中所达到的稳定温度。利用这一特征可以测定气体的湿度。 最常见的是用来测定空气中水蒸气的含量, 例如湿球温度计,就是利用此种特征测定空气湿度的典型装置。b 水冷塔内的传热和传质增湿过程是指提高气体内某种蒸汽含量的过程, 降低气体内某种蒸汽含量的过程则称为减湿过程。 增湿系指气相,冷却系指液相。典型的水冷塔为逆流式机力通风或自然通风的填料塔。水冷塔内温度分布及浓度分布水冷塔内的平衡曲线和操作线传递单元数和传递单元高度。C 水冷塔填料层高度的确定水冷塔的设计, 最主要是确定填料层高度步骤如下： 做平衡曲线做操作线做气焓差与夜温差之比为斜率的直线计算气相焓的传递单元数计算填料层高度z。科教兴国1
