冶金传输原理1.doc

流体：在剪切应力的作用下会发生连续的变形的物质。
连续介质模型：任一时刻流动空间的每点都被相应的流体质点占据这样的模型是连续介质模型。
粘性：在做相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的力来阻碍两相邻流体层做相对运动，流体的这种性质称作流体的粘性。
牛顿粘性定律：当流体的流层之间存在相对位移，即存在速度梯度时，由于流体的粘性作用，在其速度不相等的流层之间以及流体与固体表面之间所产生的粘性力的大小与速度梯度和接触面积成正比，并与流体的粘性有关。（应用范围）：应用于层流流动。
牛顿流体与非牛顿流体区别：是否服从牛顿粘性定律，即流动过程中的粘性切应力和速度梯度是否成正比。
作用在流体上的力：表面力，质量力或体积力。
拉格朗日法：把流体看成是由大量的流体质点组成的，着眼于对流体质点运动的描述，设法描述出每个质点自始至终的运动状态，即其位置随时间的变化规律。是力学中质点运动描述方法在流体力学中的推广。
欧拉法：着眼于空间点，设法在流体空间的每一个点上，描述出流体运动随时间变化的状况。
梯度：场量在空间变化快慢程度的一种度量，来源于等值面的方向导数，梯度就是最大的方向导数，不同等值面间显然两等值面的法线方向的距离最短，方向导数的取值也就最大标，量场的法向变化率即梯度，梯度本身是矢量，其正方向规定为沿等值面的法线方向，并指向函数值增大的一侧。
散度：描述矢量场源（汇）及矢量场体积膨胀速度的一个概念表征物理量是否有源及源的强度。散度可描述场在某点单位体积内源的强度，也可描述单位体积的体膨胀速率。
旋度：描述流体旋转的强弱，旋度－－流体在流场中某点单位面积上的环量。
流场的分类：从时空依赖性上分类：稳定场、非稳定场；均匀场、非均匀场。
从密度场的变化性质上分类：可压缩流体、不可压缩流体。
从粘性上分类：理想流体、实际流体（粘性流体）。从流场的形态上分类：层流、湍流。
流线：流场中某一时刻的一条空间曲线，曲线上每一流体质点的速度方向与该曲线的切线方向重合。
迹线：流体质点在空间运动所走过的轨迹。
伯努利方程应用条件：1) 流体运动必须是稳定流动。
2) 所取的有效断面必须符合缓变流条件；但两个断面间的流动可以是缓变流动，也可以是急变流动。
3) 流体运动沿程流量不变。对于有分支流(或汇流)的情况，可按总能量的守恒和转化规律列出能量方程。
4) 在所讨论的两有效断面间必须没有流量的输入或输出。如果有能量的输入或输出，则可写成如下形式
5) 上式适用于不可压缩流体稳定流动。
理想流体：指无黏性而不可压的流体，在流动时各层之间没有相互作用的切应力，即没有内摩擦力。
层流：流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和掺混，这种流线呈平行状态的流动称为层流，或称流线型流。
湍流：流体内部充满了可以目测的漩涡，这些漩涡除了在主体流动方向上随流体运动外，还在各个方向上做无规则的随机运动，流体在运动中相互掺混极不规则，这样的流动称为湍流。
湍流的起因：湍流的起因有两个一是漩涡的形成，二是漩涡脱离原来的流层。漩涡的形成：由于流体的粘性，当流体在运动过程中存在一定的速度梯度时，具有不同速度的相邻流层间将产生切应力，从而产生漩涡；漩涡脱离原来流层：流动中流体一旦形成旋涡，漩涡的特性是旋转，旋转使漩涡上下流速不同从而引起压强差使漩涡脱离原来流层形成湍流。
流动阻力的分类：沿程阻力损失、局部阻力损失。
速度边界层：当流体以一定速度流经平板表面时，由于流体具有粘性，在垂直于流体流动方向上便产生了速度梯度。在壁面附近存在着较大速度梯度的流体层，称为流动边界层，简称边界层。
热边界层：流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。
浓度边界层：又称传质边界层，当流体与它所流过的固体表面之间，因浓度差而发生质量传递时，在固体表面附近形成的具有浓度梯度的薄层。
与的异同：相同的是他们都代表雷诺数，而不同的是是所有流动的雷诺数，是流体绕平板流动的雷诺数。
流层画法：层流（一个区），小湍流（三个区），大湍流（两个区）。
边界层脱离现象原因：边界层脱离是逆压力梯度（即）和固体壁面粘性阻滞作用的结果。只有壁面粘性阻滞作用而没有逆压力梯度，不会产生回流，亦不会有边界层脱离现象。绕流平板的情况亦是如此。如果只有逆压力梯度而没有壁面粘性阻滞作用，运动中的流体质点就不会滞止下来，也不会有边界层脱离现象。
自由射流的自模性：射流主段中一切截面上的速度分布都是相似的，可用与雷诺数无关的普遍无量纲速度分布来表示，这种特性称为自由射流的自模性。
自由射流形成条件：1）四周的介质为静止介质，且物理性质与喷出的介质完全相同。
2）流股在整个流动过程中不受任何液面或固体壁面的限制。
自由射流示意图：
旋转射流：具有轴向、径向和切向速度的射流称为旋转射流。
旋流强度：以轴向推力和角动量为基础组成的一个无因次数，是表征旋转射流特征的重要相似准数，称旋流强度，用S表示其定义为式中：角动量矩；轴向推力；喷嘴的出口半径。
滞止状态：流动中某截面或某区域的速度等于零或处于静止的状态。用下标“0”表示。
临界状态：一元恒定等熵气流中某一截面上的气流速度等于当地音速时的状态。用下标“*” 表示。
极限状态：一元恒定等熵气流中某一截面上的，该截面上的气流速度达到最大值的状态。
流动状态

亚音速流动

超音速流动

附壁效应：当流体有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体流动的倾向，流体与它流过的物体表面之间存在摩擦，这时流体的流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。
气流参数与流通截面的关系：
可见，密度变化的方向与速度变化的方向相反。当
时，，即密度的相对变化比速度的相对变化
慢。若气流加速，则根据连续方程，必须截面
积减小，才能使三者的相对变化相平衡。若气流减速，截面积就必须增大。
当时，，即密度的相对变化比速度的相对变化快。若气流加速，必须使截面
积增大，才能保证各截面上的质量流量相等。若气流减速，则截面积就应减小。
激波：激波又称为冲击波，是超音速气流在前进的过程中受到突然的压缩或遇到障碍物时出现的一种物理现象，它是在气体介质中存在的一个很薄的曲面，气体经过这个曲面要引起气体的速度、压力、密度、温度等状态参数的突变。激波分为三种：正激波，激波面与气流方向垂直，气流经过激波后不改变流动方向；斜激波，激波面与气流方向不垂直，气流经过激波后改变流动方向；曲面激波，激波面为曲面形状，它是由正激波与斜激波系组成的。
膨胀波：膨胀波是气流在加速过程中形成的物理现象，气体通过膨胀波时，气流速度逐渐增加，而其他参数则逐渐降低。
运动微分方程的（单值条件）：几何条件，物理条件，边界条件，初始条件。
导热微分方程的（单值条件）：几何条件、物理条件、边界条件、时间条件。
模型相似条件：1）几何相似2）物理相似3）定解条件相似
热导率：单位表示沿热流方向的单位长度上，温度降低时通过单位面积的导热量，其数值大小反映了物质的导热能力的大小，越大物质的导热能力越强。
相似准数的意义与性质：时均数 是表征流体的速度场随时间变化特征的准数；
弗劳徳数表示了流体在流动过程中重力与惯性力的比值；欧拉数表示了流体的
压力与惯性力的比值；雷诺数表示了流体流动过程中的惯性力与黏性力的比值。
对流换热的准数：努塞尔数：，物理意义可理解为流体的导热热阻和其对流热阻的比值，
它反映了给定流畅的对流换热能力与其导热能力的对比关系，其大小反应了对流传热能力的大小。贝克来
数：，它反映了给定流场的热对流能力与热传导能力的对比关系。普朗
特数：数为一个由流体的几个物性参数组合而成，并且是一个无量纲的数，也是一个相
似准数，它反映了动量传输能力与热量传输能力的对比关系。格拉晓夫数：，其物理意义
反映了流体温差引起的浮升力所导致的自然对流流场中流体的浮升力与其粘性力之间的对比关系。
马赫数：——气流实际速度与音速之比，称为马赫数，。
施密特数：为联系动量传输与质量传输的相似准则，其值有流体的运动黏度与物体的扩散系数之比构成。，有，说明速度边界层厚度大于浓度边界层厚度。，有，此时浓度边界层厚度大于速度边界层厚度。，有，此时两个边界层厚度完全重合，速度分布曲线和浓度分布曲线也完全一样。
毕渥数：表征的是物体与环境间的换热能力与其自身的导热能力之间的关系。
相似第一定理：彼此相似的现象必定具有相数值同的同名相似准数。
相似第二定理：凡同一类现象，如果定解条件相似，同时由定解条件的物理量所组成的相似准数在数值上相等，那么这些现象必定相似。
相似第三定理：描述某种现象的各种量之间的关系式可以表示成相似准数之间的函数关系式。即这种关系式称为准数方程式。
相似准数的转换：1）相似准数的n次方仍为相似准数；2）相似准数的乘积仍是相似准数；
3）相似准数乘以无量纲数仍是相似准数；4）相似准数的和与差仍是相似准数。
热量传输的三种方式：传导传热，对流传热，辐射传热。
传导传热：在物体内部没有宏观位移的情况下，热量会从物体的高温部分传到低温部分；不同温度的物体互相接触时，热量也会在相互没有宏观位移的情况下，从高温物体传递到低温物体。
对流传热：流体中温度不同的各部分流体之间，由于发生宏观的相对运动而把热量有一处转移到另一处的传热现象，成为热对流。
辐射传热：物质的微观粒子的运动会以光的形式向外辐射能量，称为电磁辐射。
薄材和厚材的概念：薄材在加热时易于烧透，内外温度差较小，的物体为薄材；厚材不易烧透，内外温度差较大，的物体为厚材。
过余温度：固液交界面温度Ts超过液体的饱和温度Tsat时就会发生沸腾，△Te=Ts-Tsat 即称为过余温度。
影响换热系数的因素：流体流动的动力因素、流体的流动状态、流体的热物性、换热壁面的热状态、换热壁面的几何因素。
对流换热系数：h单位，表示单位面积温度变化1通过的热量，对流换热系数是众多影响因素的函数，即。
特征尺寸：它反映了流场的几何特征，对于不同的流场特征尺寸的选择是不同的。
特征流速：由描述一个物理现象或者一个物理过程的有量纲物量所组成的无量纲量。它反映了流体流场的流动特征，是可以参照的特征参数，且易于确定。
定性温度：准数中的物性参数是温度的函数，用以确定物性参数数值的温度称为定性温度。
白体：反射率且具有漫射性质的表面称为白体。
透明体：透射率的表面称为透明体。
灰体：传热学中把单色吸收率与波长无关的物体称作灰体。
黑体：吸收率且具有漫射性质的表面称为黑体。
辐射力：在单位时间内从物体的单位面积上向半球空间发射的辐射能，这一辐射能是热射线具有的所有波长的电磁波能量的总和。
单色辐射力：表示在单位时间内，从物理单位面积上发射的热射线中，单位波段范围电磁波所具有的辐射能力，，单位为或。
定向辐射力：指单位时间内，单位辐射面积向空间方向单位立体角所发射的辐射能，单位为即
角系数的性质：相对性、完整性、和分性。
辐射强度：单位时间、单位可见面积、单位体积角内辐射出全部波长的能量
强化辐射传热过程的措施：A表面改性处理1）表面粗糙化2）表面氧化3）表面涂料
B添加固体颗粒C使用光谱选择性涂料
消弱辐射传热过程的措施：A采用低的材料B减少面积C减小温度差D在两层之间加隔热屏
气体辐射的特点：1）与分子结构有关2）具有选择性3）具有容积性
质量传输的两种方式：1）分子传质2）对流传质
菲克第一定律：摩尔通量式以质量浓度表示
传质微分方程的定解条件：初始条件、边界条件、化学反应速率。
三种传输现象的类似性：1）传递过程的机理类似2）描述传递过程的数学模型类似3）数学模型的求解方法类似4）数学模型的求解结果类似
薄膜理论：假定整个薄壳的所有横截面均没有弯矩和扭矩而只有薄膜内力的壳体分析理论。
渗透理论：当介质密度达到某一临界值, 渗透物突然能够从介质一端到达另一端的物理理论。常用于研究生态流在景观中的扩散过程。
主体流动通量：由流体主体流动所引起的摩尔通量。
系统：包含着确定不变的物质的任何集合，称为系统。系统以外的一切，统称为外界，系统的边界是把系统和外界分开的真是或假象的表面。在传递过程中，系统就是指由确定的流体质点所组成的流体团。
上述定义的流体系统的边界有如下特点：1）系统的边界随着流体一起运动，系统的边界面的形状，位置可以随时间而变化。2）在系统的边界处没有质量交换，即没有流体进入或者跑出系统的边界。3）在系统的边界上受到系统外的物质施加在系统内物质上的力。4）在系统的边界上，可以有能量交换、即可以有能量（热或功）进入或跑出系统的边界。
控制体：相对于某个坐标系来说，固定不变的任何体积称为控制体。就是流体在空间中通过其流动的一个区域。控制体的边界面称为控制面。它总是封闭表面。应当指出，占据控制体的诸流体质点可以随时间而变化。
上述定义的控制面有如下特点：1）控制面相对于坐标系的固定的。2）在控制面上可以有质量交换，即有流体进入或跑出控制面。3）在控制面上受到控制面以外物质施加在控制面内物质上的力。4）在控制面上可以有能量交换，即可以有能量（内能、动能、热和功）进入或跑出控制面。
模型研究法中的模化条件是什么？答：1）几何相似（是两现象相似的充要条件）2）物理条件相似。即物理量的相似3）初始条件和边界条件相似4）决定性准数相等
作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点？
质量力是指作用在流体内部任何一个流体质点上的力，其大小于质点质量成正比，是由加速度所产生的，与指点以外的流体无关。
表面力是指作用在所研究流体体积表面上的力，其大小与表面积成正比，是由与所研究流体接触的相邻流体或固体的作用面产生的。表面力按其作用方向可以分为两种:一种是沿流体表面内法线方向的法向力，一种是与流体表面相切的切向力。
什么是连续性介质，在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型？
答：连续介质模型：任一时刻流动空间的每点都被相应的流体质点占据这样的模型是连续介质模型。
原因：采用连续介质模型，流体性质和运动特性的物理量和力学量一般为时间和空间的连续函数，就可以用数学中连续函这一有力手段来分析和解决流体力学问题。
沿程阻力和局部阻力的物理本质是什么？
答：由于流体的粘性产生的摩擦力，流体与流体间（沿程阻力），流体与固体壁面间（局部阻力）。
沿程阻力：沿流动路程上由于个流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力；
局部阻力：在边壁尺寸急剧变化的流动区域，由于尾流区、漩涡区等分离现象的出现，使局部流动区域出现较集中的阻力。
填空题（1）作用在流体上的力有：（表面力）和（质量力）。
（2）静止流体内部的同一点，各个方向上的静压强是：（数值相等）。
（3）沿程压力损失是由流体的（粘性力）引起的。
（4）对于流体绕流平板时，当来流速度为常熟C时，边界层外的流体速度为（C）。
（5）有效辐射是（自身辐射）与（反射辐射）的和。
（6）辐射换热是绝对零度以上的物体以（电磁波）的形式向半球空间发射热射线的一种传热方式。
（7）层流换热系数（小于）湍流直管的换热系数。
（8）当时，温度边界层的厚度（小于）速度边界层是厚度。