气体内输运过程的宏观.pptVIP

业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 四. 分子自由程的分布函数 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 §2 输运过程的宏观规律 如果系统各部分的物理性质是不均匀的（例如流速、温度和密度等的不相同），则由于分子间的相互碰撞和相互搀和，各部分之间将产生动量、能量和质量的转移，这种现象称为气体的输运现象。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 一．粘滞现象 流动中的流体，当各层速度不同时，在相邻两层的接触面上将产生阻碍两层之间相对运动的等值反向的摩擦力，这种现象称为黏性现象。 ? A B 现象：A盘自由，B盘由电机带动而 转动，慢慢A盘也跟着转动起来。 解释：B盘转动因摩擦作用力带动了 周围的空气层，这层又带动邻近层， 直到带动A盘。 这种相邻的流体之间因速度不同，引起的 相互作用力称为内摩擦力，或粘滞力。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 流体分层流动，相邻两层流体间只作相对滑动，流层间没有横向混杂。 当流体流速超过某一数值时，流体不再保持分层流动，而可能向各个方向运动，有垂直于管轴方向的分速度，各流层将混淆起来，并有可能出现涡旋，这种流动状态叫湍流。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 牛顿粘性定律： 实验证明，在稳恒层流中粘滞力为 —— 粘度系数（粘度） 遵循牛顿粘性定律的流体叫牛顿流体，如：水、血浆 不遵循牛顿粘性定律的流体叫非牛顿流体，如：血液 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 气体牛顿粘性定律的微观机制： 气体粘滞现象的微观本质是分子定向运动动量的迁移，而这种迁移时通过无规热运动来实现。 实验发现： 气体粘度随温度的升高而增加。 液体的粘度随温度升高而降低。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 例：旋转粘度计，扭丝下悬吊一桶，外径为R, 筒外套一长为L,内径长为a的外圆筒，aR，内外筒间装有待测气体，使外筒以ω旋转，这时内筒收到的气体粘滞力被悬丝的力矩G所平衡，求粘滞系数的表达式。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 例：设半径为R、长度为L的一段圆截面管道，其中粘滞系数为η的流体在管子两端面的压强差p2-p1驱动下作稳定流动，求管中流速随半径的变化，并求出体积流量。 【泊萧叶定律】 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 二 ．热传导 设气体各层间无相对运动，且各处气体分子数密度相同，但气体内由于温度差而产生热量从高温向低温的区域传递的现象。 傅里叶定律，本质是热 运动能量的定向迁移。 Κ为热导率 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 例：同轴圆柱体半径分别为r1和r2，中间充满热导率为χ的被研究气体，在轴线上有通电流的电阻丝加热，单位长度的辐射功率为P,使得内圆柱体的温度T2,外圆柱体温度为T1，试求气体内稳定的温度分布和确定热导率的公式。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 三 ．扩散现象 自然界气体的扩散现象是常见的现象，容器中不同气体间的相互渗透成为互扩散；同种气体因分子数密度不同，温度不同和各层间存在相对运动所产生的扩散现象为自扩散。 Fick定律，D为扩散系数 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 例：设有两个体积为V1和V2的容器，用长为l、截面为S的细管相连，两容器中充满压强相等的A和B两种气体，设A气体在两容器中的分子数密度分别为nA1和nA2，( nA1nA2),试求因扩散引起的两边气体分子数密度差nA1-nA2随时间减小的规律。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 气体内输运过程的宏观、微观描述 (第四章 ) 第一章：温度、气体的宏观模型 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 平衡态热力学是19世纪的巨大成就，非平衡态热力学则是20世纪的必威体育精装版成就。可以预言，进入21世纪，非平衡态热力学在理论上和应用上将会有突破性进展。 非平衡态问题是至今没有完全解决的问题， 理论只能处理一部分，另一部分问题还在研究中。 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 §1 气体分子的平均自由程 §2 输运过程的宏观规律 §3 输运过程的微观解释 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 宏观物体有大量粒子构成 - 分子或原子 物体内的分子不停地做无规则运动 分子间有相互作用 分子本身的大小与平均距离相比可以忽略 除了短暂的碰撞,分子间的相互作用可以忽略 分子间的碰撞为弹性 理想气体的假设 分子碰撞而施加给器壁的压强公式 §1 气体分子的平均自由程 业精于勤,荒于嬉,行成于思,毁于随 克劳修斯, 19世纪50年代。 在1857年的论文中，克劳修斯第一次计算得到了氧、氮、氢3种气体分子在冰点时的速率。 扩散过程相当慢，为什么？ 自由程：