氣體擴(kuò)散系數(shù)課件.ppt

《氣體擴(kuò)散系數(shù)課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、非平衡態(tài)：系統(tǒng)各部分物理性質(zhì)(如流速、溫度、密度)不均勻。系統(tǒng)從非平衡態(tài)自發(fā)向平衡態(tài)(物理性質(zhì)均勻)過(guò)渡的過(guò)程。近平衡態(tài)的非平衡態(tài)本章概述：輸運(yùn)過(guò)程的宏觀規(guī)律、微觀分析包括：內(nèi)摩擦（黏性）；熱傳導(dǎo)；擴(kuò)散現(xiàn)象輸運(yùn)過(guò)程：第三章輸運(yùn)現(xiàn)象與分子動(dòng)理學(xué)理論的非平衡態(tài)理論1第三章輸運(yùn)現(xiàn)象與分子動(dòng)理學(xué)理論的非平衡態(tài)理論一、黏性現(xiàn)象的宏觀規(guī)律二、擴(kuò)散現(xiàn)象的宏觀規(guī)律三、熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的宏觀規(guī)律四、對(duì)流傳熱五、氣體分子平均自由程六、氣體輸運(yùn)系數(shù)的導(dǎo)出七、稀薄氣體中的輸運(yùn)過(guò)程2（一）層流與牛頓黏性定律一、黏性現(xiàn)象的宏觀規(guī)律層流：在流動(dòng)過(guò)程中，相鄰質(zhì)點(diǎn)的軌跡線彼此僅稍有差別，

2、不同流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡線不相互混雜條件：流速較小，更確切說(shuō)是雷諾數(shù)較小湍流：流體的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)條件：雷諾數(shù)較大1、層流/湍流（P106）3（一）層流與牛頓黏性定律2、穩(wěn)恒層流中的黏性現(xiàn)象（內(nèi)摩檫現(xiàn)象）一、黏性現(xiàn)象的宏觀規(guī)律流體作層流時(shí)，通過(guò)任一平行于流速的截面兩側(cè)的相鄰兩層流體上作用有一對(duì)阻止它們相對(duì)“滑動(dòng)”的切向作用力與反作用力，使流動(dòng)較快的一層流體減速，流動(dòng)較慢的一層流體加速。這種力稱為黏性力（內(nèi)摩擦力）最后，各層流體的流速不再隨時(shí)間變化。（P108圖3.2）4（一）層流與牛頓黏性定律3、牛頓黏性定律（P109）各量含義：u：流體速度（分子的定向運(yùn)動(dòng)

3、速度）du/dz：速度梯度，穩(wěn)恒層流中處處相等A：切向面積負(fù)號(hào)：相對(duì)速度較大的流體總是受到阻力5（一）層流與牛頓黏性定律3、牛頓黏性定律（P109）η：黏度（黏性系數(shù)）黏度與流體的流動(dòng)性質(zhì)、溫度有關(guān)。數(shù)量級(jí)（P110表3.1）：空氣，常溫10-5；水，10-3，單位：帕斯卡秒（Pa.s）1Pa.s=1N.s.m-2=1Kg.m-1.s-16（一）層流與牛頓黏性定律4、非牛頓流體（P111）（1）其速度梯度與互相垂直的黏性力間不呈線性函數(shù)關(guān)系，如血液、泥漿、橡膠等。（2）其黏性系數(shù)會(huì)隨著時(shí)間而變的，如：油漆等凝膠物質(zhì)。（3）對(duì)形變具有部分彈性恢復(fù)作用

4、，如瀝青等黏彈性物質(zhì)。7（一）層流與牛頓黏性定律5、氣體黏性微觀機(jī)理（P111）常壓下氣體的黏性是由說(shuō)明：注意條件A、壓強(qiáng)非常低的氣體（克努曾氣體）黏性的微觀機(jī)理：氣體分子與器壁碰撞時(shí)動(dòng)量變化。B、液體黏性的微觀機(jī)理：液體分子受到所在單元其它分子作用力的束縛。流速不同的流體層之間的定向動(dòng)量的遷移產(chǎn)生的。8（一）層流與牛頓黏性定律6、切向動(dòng)量流密度（P110）動(dòng)量流dp/dt：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，相鄰流體層之間所轉(zhuǎn)移的沿流體層切向的定向動(dòng)量動(dòng)量流密度Jp：?jiǎn)挝幻娣e上轉(zhuǎn)移的動(dòng)量流9解：外桶的線速度夾層流體的速度梯度MBAR+δωLR黏性力對(duì)扭絲作用的合力矩：所

5、以，氣體的黏度為：(P110例題3.1)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：利用牛頓黏性定律測(cè)定氣體的黏度10（二）泊蕭葉定律與管道流阻1、泊蕭葉定律（P112）各量含義：體積流率dV/dt：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道截面上的流體體積。r：圓管半徑L：圓管長(zhǎng)度Δp：管子兩端的壓強(qiáng)差η：流體的黏度對(duì)水平直圓管，當(dāng)不可壓縮的黏性流體在管內(nèi)的流動(dòng)呈層流時(shí)，有如下關(guān)系：11（二）泊蕭葉定律與管道流阻2、管道流阻（P113）與電阻類似，也有串并聯(lián)公式12例題：P113例題3.213（三）斯托克斯定律（P114）物體在黏性流體中運(yùn)動(dòng)，各量含義：R：球半徑υ：球相對(duì)流體的速度η：流體的黏度應(yīng)用

6、：云霧和雨？？說(shuō)明：當(dāng)雷諾數(shù)比1大時(shí)，阻力與黏度無(wú)關(guān)。若物體是球形的，且流體的雷諾數(shù)遠(yuǎn)小于1，則球體所受阻力：141、擴(kuò)散（P114）二、擴(kuò)散現(xiàn)象的宏觀規(guī)律無(wú)外場(chǎng)時(shí)，當(dāng)物質(zhì)中粒子數(shù)密度不均勻時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)使粒子從數(shù)密度高的地方遷移到數(shù)密度低的地方的現(xiàn)象。152、菲克定律（P115）在一維（如z方向擴(kuò)散的）擴(kuò)散的（1855年，法國(guó)，生理學(xué)家）粒子流密度JN與粒子數(shù)密度梯度dn/dz成正比。JN：粒子流密度，單位時(shí)間內(nèi)單位截面上擴(kuò)散的粒子數(shù)各量含義：dn/dz：粒子數(shù)密度梯度16負(fù)號(hào)：粒子向粒子數(shù)減少的方向擴(kuò)散D：擴(kuò)散系數(shù)，表征擴(kuò)散過(guò)程的快慢單位

7、：m2.s-1數(shù)量級(jí)（P116表3.2）：常溫常壓下大多數(shù)氣體，10-4—10-5m2.s-1；低黏度液體約為10-8—10-9m2.s-1；固體約為10-9—10-15m2.s-117推論：若在與擴(kuò)散方向垂直的流體截面上的JN處處相等，則單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散的總質(zhì)量：183、氣體擴(kuò)散的微觀機(jī)理（P117）是在無(wú)外場(chǎng)且存在同種粒子的粒子數(shù)密度空間不均勻性的情況下，由于分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的宏觀粒子遷移或質(zhì)量遷移。注意：與壓強(qiáng)不均勻產(chǎn)生的流動(dòng)的區(qū)別19應(yīng)用：（P117）如：呼吸樹(shù)葉的水分散失數(shù)據(jù)：水汽擴(kuò)散系數(shù)氣孔截面積氣孔長(zhǎng)度一片樹(shù)葉氣孔數(shù)菲克定律在物理、化學(xué)

8、、生物中應(yīng)用廣泛。201、傅立葉定律（P119）三、熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的宏觀規(guī)律若熱量沿一維流動(dòng)，（1822年，法國(guó)）各量含義：：