绪言
《冶金传输原理》课程主要内容有：动量传输、热量传输和质量传输三大部分，并介绍了三者的类似机理、相互关联的关系；同时介绍了利用相似原理来处理试验数据和进行模型试验。
1、 地位：
冶金工程专业的专业基础必修课。在冶金、机械、航海、航空等领域中，凡是涉及到流体（气体、液体）的流动，均不可避免的存在在流动过程中流体的动量、热量、质量的传递规律。
2、 要求：
本课程的先修课程为高等数学、普通物理、计算机语言。该门课程是以数、理知识为基础，在充分弄懂物理概念后，常用数理解析的方法来解决问题。
要求初学者上课认真听课，做好笔记，课前进行预习，课后进行复习，独立完成作业。
3、 参考书：
主要参考书：《冶金传输原理》 张先棹、冶金工业出版社、1991.11本科
其它参考书：《TRANSPORT PHENOMENA》(Second Edition) R.Byron Bird Warren E.Stewart Edwin N.Lightfoot 、化学工业出版社、2002.8
《动量、热量、质量传递原理》 [美]J.R.威尔特等 北京：科学科学出版社，1984 《计算流体力学》吴子牛，北京：科学出版社，2001
1
第一篇
什么是动量传输？
从所学的物理概念中知道：当速度不同的两个小球相互碰撞时，有动量的传递发生。即小球的动量mv发生了变化。而当流体的速度发生变化时，是否他们的动量也发生变化呢？是！
固体的动量变化与流体的动量传输也各有特点。此处我们研究的动量传输是：流体（即液体、气体）在流动过程中动量传输的规律。
动量的传输
第一章 动量传输的基本概念
第一节 连续介质模型
1、流场：流体运动的全部范围。 2、流体：液体、气体。
流体的性质：
1）易流动性：在任何微小的应力的作用下可发生连续变形。原因：分子之间的内聚
力小。
2）可压缩性（气体）：压力增加，体积减小；反之。没有自由表面，充满整个容器
空间。
不可压缩流体（液体）：在相当大的压力下，流体仍几乎不改变其原有的体积，有
自由表面。
3、连续介质——人为假定的模型
从流体的宏观特性出发，流体充满的空间里是有大量的没有间隙存在的流体质点组成的。
流体质点：在连续介质内对某一点取得极小，但却包含有足够多的分子（宏观：足够小；微观：足够大。），使其不失去连续介质的特性而有确定的物理值。
连续介质的特性：流体的一切属性（速度、压力、密度、温度、浓度等）都可看作坐标与时间的连续函数，利用数学中连续函数的性质解题。
注意！！：稀薄气体的分子间距大，此概念不适用。
4、流体微团
可认为它是由质点组成的微小的流体单元，微团中的个质点的参量可能有所不同。（在研究流体运动时，经常取微元体来分析，列出微分方程）
如：
Vx Vx+d Vx 控制体：流场中某一确定的空间区域。 如：
2
第二节 流体密度、重度、压缩性
1．质量与重力特性
密度：流体具有质量，每单位体积的质量称为密度。
ΔM
(1-1) ρ=limΔV→0ΔV
单位：kg/m3
重度：流体受地心引力的作用具有重量，每单位体积的重量称为重度。
γ=lim
ΔV→0
ΔG
=ρg (1-2) ΔV
单位：N/m3;
式中：g为重力加速度。
比容：单位质量流体所占有的体积称作比容ν，其单位为m3/kg.
ν=
1
ρ (1-3)
比重：液体的重度与4℃时水的重度之比称为比重，也叫相对密度，它是一无量纲的量。
Δ=
计算中采用
重力加速度：g=9.81m/s2，
γ液
(1-4) γ水
3
常压常温下：ρ水=1000kg/m,γ水=9810N/m， 标准大气压及20℃下：ρ空气=1.205kg/m3,γ空气=11.82N/m3
3
2. 压缩性与热胀性
流体受压体积缩小的性质称为压缩性，压缩系数的定义为：
βp=?
1
1dV
(1-5) Vdp
V
dp (1-6) dV
βp的单位为1/Pa，体积压缩系数的倒数为体积弹性模数，以Ev表示，则
Ev=
βp
=?
流体受热体积膨胀的性质称为热胀性，温度膨胀系数定义为：
a=
1dV
(1-7) VdT
气体的体积变化遵循理想气体的状态方程式，即
P=ρRT (1-8)
对于等温过程
P1
ρ1
对于等压过程
=
P2
ρ2
(1-9)
ρ1T1=ρ2T2 (1-10)
对于绝热过程
ρP2T
=(2)K=(2)K?1 (1-11) P1ρ1T1
以上各式中的P为绝对压强，T为绝对温度，R为气体常数，K为绝热指数。
K
3
举例：
例1-1． 有空气1m3,原处于t1=40℃,p1=0.105×10Pa状态，已知气体常数为R=287J/(kg·K),K=1.4
(1) 若等熵地压缩为0.5m3，求终态温度和压力； (2) 若等温地压缩为0.5 m3，求终态温度和压力。 解： 由状态方程知
6
ρ1=P1/RT1=0.105×106/(287×313)=1.17kg/m3 ρ2=2ρ1=2×1.17=2.34kg/m3
（1） 等熵过程
由于V2=0.5V1，故
P2
ρ P2=ρK2
K2
=
P1
ρK1
P1
ρK1
=(2.34)
1.4
0.105×1066
=0.27×10Pa 1.4
(1.17)
6
T2=P2/Rρ2=(0.27×10)/(287×2.34)=412.46K
（2） 等温过程
T2=T1=313K
P2=Rρ2T2=287×2.34×313=0.212×106Pa
例1-2． 体积为5m3的水，在温度不变的条件下，压强从1大气压增加到5大气压，体积减小了1L，求水的压缩系数和弹性系数值。 解： 根据βp=?
1dV
，1大气压=9.807×104N/m2
VdP
?1×10?31
得：βp=?×=0.51×10?9m2/N 4
5(5?1)×9.807×10
Ev=
1
βp
=1.96×109N/m2
4
第三节 流体粘性与粘性动量通量
1、粘性
如图：当流体从两平板中流过时，速度分布如下
y
A Vx+d Vx 上层速度 dy
Vx 下层速度
x
上、下层速度不同，使流体发生变形，从而产生内摩擦力F。
流体抵抗变形运动的性质，称为粘滞性。粘性切应力τ用牛顿内摩擦（或粘性）定律来计算：
τ=
dUxF=μ (1-12) Ady
式中μ称为动力粘性系数或简称粘度，它的单位为N·s/m2或Pa·s，工程常采用泊，用P
表示，1P=0.1Pa·s
粘性系数μ与流体密度ρ的比值，称为运动粘性系数，以ν表示，即
ν=
μ (1-13) ρ式中ν的单位为㎡/s。工程上采用沲为单位，用St表示，1St=10-4㎡/s。 流体在静止时，有粘性吗？有，但表现不出来。
2、粘性系数μ
粘性系数μ大小与什么有关？ （1）物质种类；
（2）对同一种流体与温度 液体——T 升高时 μ下降 气体——T 升高时 μ升高 原因：
在液体中，分子间距小，分子相互作用力较强，当T升高时，分子之间距离增加，引力减小，所以层与层之间的摩擦力减小，粘性下降。
而气体，分子间距比液体大得多，引力很弱，层与层之间的粘性表现为两层流体层间分子的动量交换，来阻止流体层间相对滑动，分子间的引力作用可忽略，当气体T升高时，内能增加，分子运动剧烈，动量交换激烈，所以粘性升高。
（3）与组分有关
对混合流体，经验公式有：
lgμm=∑(xilgμi) （1-14）
对压力不太高的气体混合物有：
μm
∑(xμM=
∑(xM
i
ii
0.5i
)
0.5i
)
（1-15）
式中：xi、μi——混合物中某组分的摩尔分数与粘度； Mi——混合物中I组分的分子量； Μm——混合物的粘度。
3、粘性动量通量
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《冶金传输原理》课程主要内容有动量传输、热量传输和质 - 图文
