张璞扬热学ppt-5要点.ppt

* 笫五章 气体输运过程的分子动理论基础 1、非平衡态与非平衡态过程 2、输运过程的宏观规律 3、输运过程的微观实质 目 录 一 非平衡态与非平衡态过程 系统各部分的物理性质, 如流速、温度或密度不均匀时, 系统处于非平衡态.自然界中实际发生的各种热现象过程，也都是非平衡态过程，准静态过程只是理想化的、近似的特殊情况 非平衡态问题的描述与处理要比平衡态复杂与困难得多，是至今没有完全解决的问题。其基本情况是 非平衡系统 孤立系统 开放系统 0 系统更无序 0 系统由无序转向有序 －形成输运过程，系统更无序 熵流 熵产生 对偏离平衡态不远，系统宏观性质随时空变化比较缓慢的非平衡态系统，可采取局域平衡近似的办法对非平衡态系统进行描述。 当流体系统内各处流体的流速不同时，不同流速层之间会出现切向相互作用力，这种力称为粘滞力或内摩擦力。实验表明,粘滞力遵循牛顿粘滞定律 粘滞性流体运动过程中的现象. 1. 粘滞现象 理论分析，粘滞系数 z x o u=u(z) dS B A 最简单的非平衡态问题: 不受外界干扰时, 系统自发地从非平衡态向物理性质均匀的平衡态过渡过程 － 输运过程. 二、 输运过程的宏观规律 2. 热传导现象 由于物体温差而引起的热运动能量输运的现象. 实验表明，输运的热量遵循 傅里叶热传导定律 z dS A B T=T(z) 理论分析，导热系数 3. 扩散现象 实验表明，输运的质量遵循 菲克扩散定律 z o ?=?(z) dS B A z0 理论分析，扩散系数 系统粒子密度不均匀时，由于热运动而引起粒子 迁移的现象. 作为实例，用气体动理论推导气体的内摩擦公式： 气体的内摩擦现象是由于分子热运动中通过dS面交换定 向动量的结果。如图所示 在dt时间内从下向上垂直 越过dS面的分子数 输运微观机制：热运动使分子带着各自的动量、能量、质量从一处转到另一处, 这样相互“ 搅拌”的结果, 使原来存在着不均匀性的气体, 逐渐地趋于一致. 三、输运过程的微观实质 平均而言，可以认为这些分子经历最后一次碰撞时离dS 的距离都等于平均自由程 ，故在dt时间内从下而上带过 dS面的定向动量为 同理，同一时间内从上而下带过dS面的定向动量为 两式相减，得dS面上方气体的定向动量增量为 气体的热传导和扩散现象的系数微观表示式可采 取类似的方法处理。 内摩擦系数 根据牛顿笫二定律，内摩擦力 *