传 递 的 方 式
第1章 概念和定义
• • • • §1-1 §1-2 §1-3 §1-4 流体和连续介质 流体的性质 流体性质逐点变化 单位
第1章 概念和定义
• 19世纪前，流体力学的研究分为两个分支： 一是理论分析方法：研究流体运动时不考 虑黏性，运用数学工具分析流体的运动规律。 另一个是实验方法：不用数学理论而完全 建立在实验基础上对流体运动进行研究，解决 了技术发展中许多重要问题，但其结果常受实 验条件限制。 这两个分支的研究方法完全不同，这种理 论和实验分离的现象持续了150多年。评论家称 层理论为止。 • 普朗特将经典力学与实验力学融合为一个 理论体系，开启了现代流体力学。
Fn 法向应力 ii lim A A A Fs 切向应力 ij lim A A A

• 作用在流体上的力 一类是长程力（体积力）：能穿越空间作用到所有流体 元上，不通过物理接触而产生的作用力。如：重力、 电磁力、惯性力。 特点：这些力的强度取决于流体元的局部性质（如密度、 电磁强度、加速度等），与流体元的位置变化关系不 大。因为长程力的大小与流体元的体积成正比。所以 又称为体积力（质量力：重力和惯性力与流体元的质 量成正比）。 一类是短程力（表面力）：相邻两层流体需要物理接触 通过分子作用（如分子碰撞、内聚力、分子动量交换 等）产生的力。因为短程力仅取决于流体元的表面状 况，所以又称为表面力。如：压力、粘性力等。
绪论
• 一、课程的性质和目的 本课程是金属材料工程专业本科生的专业基础课程， 它涵盖了 “流体力学”、“传热学”及“传质学”课 程的内容。本课程的任务是系统而全面地从动量、热 量及质量传输观点，阐述了流体流动过程以及传热传 质过程的基本理论，及其在冶金工程中的主要应用。 要求学生要掌握上述三个传输过程的基本概念、基本 原理和基本计算方法。以便为学习后续专业课程奠定 必要的基础。
• 连续介质概念（假设） 欧拉1753年首先提出。 忽视流体微观结构的分散性, 将流体看成是由无限多个 流体质点或微团组成的密集而无间隙的连续介质。
—— 假定了流体的稠密性和连续性
连续介质假设：假设流体是由连续分布的流体质点组成 的介质。 优点： （1）可用连续性函数B(x,y,z,t)描述流体质点物理量 的空间分布和时间变化； （2）由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方 程，并用连续函数理论求解方程。
“工程师观察着不能解释的现象，数学家解释着观察 不到的现象”。直到20世纪初普朗特提出了边界
第一章 概念和定义
流体、运动和力（能量）是构成流体力学的三个基本要素。 1.1 流体和连续介质 流体：在剪应力作用下能够产生连续形变的物质。
流体的微观和宏观特性 流体分子微观运动 自身热运动 流体团宏观运动 外力引起 统计平均值
流体微团：具有流体宏观特性的最小体积（即临界体积 △V*或△τ* ）的流体团。 缺点：（1） △V*虽然很小，但仍存有线尺度，不能与数学 上点的概念相统一； （2）在流体运动过程中微团将变形。 为了符合数学分析的需要，引入流体质点模型。 优点：（1）流体质点无线尺度，无热运动，只能在外力作 用下作宏观平移运动； （2）将周围临界体积范围内的分子平均特性赋于质 点。 为了描述流体微团的旋转和变形引入流体质元（流 体元）模型 （1）流体元由大量流体质点构成的微小单元（δx， δy，δz） （2）由流体质点相对运动形成流体元的旋转和变形 运动。
物理量从非平衡状态朝平衡状态转变的过程。具有强 度性质的物理量（如温度、组分浓度等）在系统内不均 匀时就会发生物理量的传输。 动 量 传 输：在垂直于流体实际流动的方向上，动量 由高速度区向低速度区的转移； 热 量 传 输：热量由高温度区向低温度区的转移； 质 量 传 输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低 浓度区的转移； 产生原因：三者都是由于系统内部存在速度、温度和浓度 梯度的缘故。
1.3 流体性质逐点变化
全国气压的变化，图中曲线为等压点的变化。
• 介于dx和dy两点间区域内压力P的变化，可用全微分 dP 表示
P P dP dx + dy x y dP P dx P dy + ds x ds y ds
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在实际冶金传输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。
“三传”的类似性
流场中速度分布不均的时候 产生了切应力； 分子扩散传递 温度分布不均的时候 产生了热传导； 在多组分的混合流中，某组分 的浓度分布不均的时候 产生了质量的传输； 湍流传递 旋涡混合造成的流体微团的宏观 运动引起。
• 连续介质概念的适用范围 除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用 连续介质模型作理论分析。
1.2 流体的性质
• 流体的密度：单位体积流体的质量
m lim V V V f (x, y,z, t)
流体性质与流动特性： 不可压缩流体：在很大的温度和压力范围内，密度几乎不 变的流体。 流体的点应力：单位面积上流体所受的力
• 作用在流体上的力
静止流体：静止流体不存在切应力，表面力仅由法向应 F =0 力引起。

X方向 y方向
Fx -Fs sin 0
Fy -Fs cos g
xyz 0 2
xx ss yy ss
说明：静止流体中，流体的法向应力与方向无关，它是一个 标量。流体表面的压强与法向应力是大小相等，方向相反的。 工程上简称为压力。
§1 课程简介 §2 “三传”的内在联系和类似规律
§1 课程简介
性质
本课程为一门专业技术基础课，属于工程 基础理论课程，是专业主干课，必修课。
动量传输 热量传输 源于流体力学
研究 对象
源于传热学
源于传质学
质量传输 高等数学
基础 课程
物理化学 理论力学
§2 “三传”的内在联系和类似规律
什么是传输过程？