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冶金传输原理-动量传输

'冶金传输原理-动量传输'
周勇敏一、冶金传输原理的课程性质 该课是冶金工程类专业基础课程。 其特点是运用到较多高等数学方面知识, 课程难度较高,该课与冶金热力学与动力 学、金属学共同构成专业基础核心课程。二、冶金传输原理课程的内容 顾名思义, 主要是研究 和分析冶金过程传输规律、机理和研究方 法。主要内容包括冶金过程中的动量传递 (流体流动行为)、热量传递和质量传递 三大部分。传输原理在冶金过程中的作用?使冶金物理过程得到深入而定量的求解;?对冶金过程及现象认识由表及里。三、传输现象在冶金过程中 普遍性及重要性 质量传递 大多数冶金过程都是高温、多相条 件下进行的物理化学过程,每一个化学 反应都包含以下反应步骤:①反应物向反应面(反应区域)的运动(传输、传递、输运);②在反应区域(反应界面)发生化学反应;③化学反应产物的排出(传输)。 为使化学反应高效、快速进行,必须采取措施加速质量传递,这就要研究质量传输的机理,讨论研究方法。 热量传递 冶金过程一般是高温过程,这就要求我们调整和保持冶金容器(反应器)内温度,从而有必要对热量传递和温度分布进行研究。 动量传递 冶金过程离不开气体、液体(统称为流体),它们的流动状况(速度、分布)对质量传递和热量传递构成影响,且一般情况下 又控制其它两项的传输过程,这就要求我们对动量传递过程(主要指速度、速度分布、作用力)进行研究。四、为什么把“三传”放在一起讲 ①“三传”具有共同的物理本质——都是物理过程。 ②“三传”具有类似的表述方程和定律。 ③在实际冶金过程中往往包括有两种或两种 以上传输现象,它们同时存在,又相互影响。五、冶金传输原理与冶金热力学和动力学的区别和联系 冶金传输原理:研究冶金过程物理现象 与其机理。 冶金物理化学:研究冶金反应的化学过 程 与其机理。六:几点说明1、课程内容具有较大难度;2、紧抓思路和方法;3、及时复习和练习。1.1 动量传输的研究对象和方法1.2 流体的主要物理性质1.3 牛顿粘性定律1.4 作用在流体上的力动量传输是研究流体在外界作用下(力的作用下)的运动规律的一门科学——流体力学。研究对象——流体(气体、液体)研究方法——连续介质模型 连续介质模型 连续介质:把流体视为有大量宏观上的质点 单元大小 连续来构 ( ?Vc )成的(质点间无间隙)。 好处:流体的速度、压强、温度、密度、浓度等属性都可看做时间和空间的连续函数,从而可以利用数学上连续函数的方法来定量描述。 流场:将上述连续介质模型描述的流体叫流场,或流体流动的全部范围叫流场。 1.2、流体的主要物理性质(1)密度(/相对密度)(2)重度(比重)(3)比体积(比容)(4)粘性(5)压缩性与膨胀性(6)表面张力特性?密度 1.2流体的主要物理性质 1、密度 ——单位体积内流体的质量称为流体的密度,通常用符号ρ表示。 ?m dm ? ? lim ? kg/m3 ?V ?0 ?V dV 2、比容 ——单位质量流体所占的体积称为流体的比容,通常用符号v表示。 ?V dV 1 v ? lim ? ? m3/kg ?V ?0 ?m dm ?1.2流体的主要物理性质 3、重度 (比重)——单位体积内流体所受的重力称为流体的重度,通常用符号γ 表示。 ?G dG ? ? lim ? ? ? g N/m3 ?V ?0 ?V dV 流体的密度、比容和重度均是温度和压力(压强)的函数, 因此在给出流体的上述物理性质时,一定要说明其对应的 温度与压力1.2 流体的主要物理性质 液体的密度 标准大气压下不同温度时水的密度、比容和重度 温度 (℃) 0 4 20 40 60 80 100 密度ρ (kg/m3) 999.8 1000.0 998.2 992.2 983.2 971.8 958.4 重度γ (N/m3) 9805.0 9807.0 9789.3 9730.5 9642.2 9530.4 9399.0 比容ν×103 (m3/kg) 1.0002 1.0000 1.0018 1.0079 1.0171 1.0290 1.0434 标准大气压下常见液体的密度和重度 液体种类 乙醇(酒精) 苯 甘油 汞(水银) 液态氢 液态氧 温度(℃) 20 20 20 0 -257 -195 密度ρ(kg/m3) 789 895 1258 13600 72 1206 重度γ(N/m3) 7738 8777 12337 133375 706 11827 1.2 流体的主要物理性质 气体的密度 对于理想气体可由气体状态方程计算 p p ? RT ? ? ? ? RT【例1-1】计算标准状态下空气、氧气和氮气的密度! 解 】 标 准 状 态 下 , 温 度 和 压 力 分 别 为 : , T 0 = 2 7 3 . 1 5 K 。p0=101325Pa空气的摩尔质量为: Ma=29因此,空气的气体常数为:Ra=8314//29=287(J/(kg.K) p0 101325 3 ?a ? ? ? 1.293(kg / Nm ) RaT0 287? 2731.2 流体的主要物理性质 4、粘性 ——流体抵抗流体质点(或流层)之间相对运动或者抵抗流体剪 切变形的性质称为流体的粘性。 du ? ? ? dy ? ? ? ? τ——单位面积的剪切力,即切应力,Pa; μ——为动力粘度系数,简称粘度,Pa·s; ν——运动粘度,m2/s。1.2 流体的主要物理性质 4、粘性 不同温度下水的粘度 动力粘度 运动粘度 温度 运动粘度ν×106 温度 动力粘度μ×103 μ×103 ν×106 (℃) (m2/s) (℃) (Pa.s) (Pa.s) (m2/s) 0 1.792 1.792 50 0.549 0.556 5 1.519 1.519 60 0.469 0.477 10 1.308 1.308 70 0.406 0.415 20 1.005 1.007 80 0.357 0.367 30 0.801 0.804 90 0.317 0.328 40 0.656 0.661 100 0.284 0.296 不同温度下空气的粘度 动力粘度 运动粘度 温度 温度 动力粘度μ×105 运动粘度 μ×105 ν×105 (℃) (℃) (Pa.s) ν×105 (m2/s) (Pa.s) (m2/s) -20 1.61 1.15 40 1.90 1.68 0 1.71 1.32 60 2.00 1.87 10 1.76 1.41 80 2.09 2.09 20 1.81 1.50 100 2.18 2.31 30 1.
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