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文档简介

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、温度或密度不匀整时,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,准静态过程只是志向化的、近似的特殊状况非平衡态问题的描述与处理要比平衡态困难与困难得多,是至今没有完全解决的问题。其基本状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更比较缓慢的非平衡态系统,可实行局域平衡近似的方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。试验表明,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zxou=u(z)dSBA最简洁的非平衡态问题:不受外界干扰时,系统自发地从非平衡态向物理性质匀整的平衡态过渡过程-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.试验表明,输运的热量遵循傅里叶热传导定律zdSABT=T(z)理论分析,导热系数3.扩散现象试验表明,输运的质量遵循菲克扩散定律zo=(z)dSBAz0理论分析,扩散系数系统粒子密度不匀整时,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,使原来存在着不匀整性的气体,渐渐地趋于一样.三、输运过程的微观实质平均而言,可以认为这些分子阅历最终一次碰撞时离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

例:北方冬季一些天气的气温白天都为零度,晚上都在零度以下。冬泳爱好者白天在户外游泳池破冰游泳,笫二天再来时水面上又结了厚度约为D=3.0cm的冰层。以晚上连续时间t=10h结冰计,晚上的平均气温如何?解如图,选垂直水面对下为x轴正向,未结冰时的自由水面为原点,考虑面积为dS的水面。以dt表示冰层厚度为x时再结厚度为dx的冰层所用的时间,则(冰熔化热冰密度热导率)x0TTOxdxx由于水温,故两边积分得这个结果和实

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