第1章 緒論(W1)

1、上午6時6分57秒第一章 緒論1 南京工業(yè)大學(xué) Nanjing University of Technology2022-7-5第一章 緒論2時 間內(nèi) 容備注第第 1 1 周周 第第1 1章章 緒論緒論第第 2 2 周周第第2 2章章 傳遞過程導(dǎo)論傳遞過程導(dǎo)論第第 3-4 3-4 周周第第3 3章章 微分方程微分方程第第 5 5 周周第第4 4章章 運動方程解例運動方程解例第第 6-7 6-7 周周第第5 5章章 邊界層流動邊界層流動第第 8-9 8-9 周周第第6 6章章 湍流湍流第第 10-1110-11周周第第7 7章章 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)第第 11-12 11-12 周周第第8 8章章 熱對

2、流熱對流第第 13 13 周周第第9 9章章 傳質(zhì)概論傳質(zhì)概論第第 13 13 周周復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)第第 14 14 周周考試考試2022-7-5第一章 緒論32022-7-5第一章 緒論41. 課程的發(fā)展課程的發(fā)展化工傳遞過程化工傳遞過程是以化學(xué)工業(yè)為研究是以化學(xué)工業(yè)為研究對象，在對象，在“化工原理化工原理”的基礎(chǔ)上，進的基礎(chǔ)上，進一步綜合其有關(guān)動量，熱量和質(zhì)量傳一步綜合其有關(guān)動量，熱量和質(zhì)量傳遞的共同規(guī)律而發(fā)展起來的一門課程遞的共同規(guī)律而發(fā)展起來的一門課程。2022-7-5第一章 緒論51890 年年年年化學(xué)工業(yè)早期，每一種化學(xué)工藝都被認(rèn)為是一化學(xué)工業(yè)早期，每一種化學(xué)工藝都被認(rèn)為是一門特殊的知識。

3、因此門特殊的知識。因此 1890年年“化學(xué)工程化學(xué)工程”的的專業(yè)課程，多以各種專業(yè)課程，多以各種化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué)為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的。人們逐漸認(rèn)識到各種工藝過程存在著相同的加人們逐漸認(rèn)識到各種工藝過程存在著相同的加工步驟。譬如，無論是在制糖、制鹽還是在化工步驟。譬如，無論是在制糖、制鹽還是在化肥生產(chǎn)中，從溶液中蒸發(fā)液體所遵循的原理是肥生產(chǎn)中，從溶液中蒸發(fā)液體所遵循的原理是相同的相同的。2022-7-5第一章 緒論61922年年1922年年，美國麻省理工學(xué)院學(xué)者提出了美國麻省理工學(xué)院學(xué)者提出了：不管化工不管化工生產(chǎn)的工藝如何千差萬別，但它們卻在許多典型設(shè)生產(chǎn)的工藝如何千差萬別，但它們卻在許多典型

4、設(shè)備中進行著原理相同的物理過程備中進行著原理相同的物理過程。這一新見解在當(dāng)年的美國化學(xué)化工學(xué)會年會上得到這一新見解在當(dāng)年的美國化學(xué)化工學(xué)會年會上得到認(rèn)同，從而引出了認(rèn)同，從而引出了“單元操作單元操作”（Unit Operations）的概念，即的概念，即“化工原理化工原理”。繼蒸發(fā)這個單元操作之后又陸續(xù)提出了繼蒸發(fā)這個單元操作之后又陸續(xù)提出了流體流動流體流動、干燥干燥、吸收吸收、萃取萃取、結(jié)晶結(jié)晶、過濾過濾等單元操作等單元操作。至此化學(xué)工程學(xué)科主要以至此化學(xué)工程學(xué)科主要以“單元操作單元操作”作為研究和作為研究和學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。單元操作是化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展中的第一個概括單元操作是化學(xué)

5、工程學(xué)科發(fā)展中的第一個概括。 2022-7-5第一章 緒論 ghp71960年年 q 當(dāng)單元操作被了解得更加深化以后，人們又發(fā)現(xiàn)在當(dāng)單元操作被了解得更加深化以后，人們又發(fā)現(xiàn)在各單元操作之間存在著共性各單元操作之間存在著共性。q 例如，過濾是例如，過濾是流體流動流體流動的一個特例；的一個特例；q 蒸發(fā)只不過是蒸發(fā)只不過是傳熱傳熱的一種形式；的一種形式；q 萃取、吸收都包含著萃取、吸收都包含著質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞；q 干燥與精餾則是干燥與精餾則是傳熱與傳質(zhì)傳熱與傳質(zhì)同時并存的操作同時并存的操作。q 2020世紀(jì)中期以后，人們在單元操作的基礎(chǔ)上，進一世紀(jì)中期以后，人們在單元操作的基礎(chǔ)上，進一步綜合其中有

6、關(guān)步綜合其中有關(guān)動量、熱量和質(zhì)量傳遞動量、熱量和質(zhì)量傳遞共同規(guī)共同規(guī)律的基礎(chǔ)上建立了律的基礎(chǔ)上建立了“傳遞過程傳遞過程”這門新課。它的這門新課。它的形成標(biāo)志著化學(xué)工程又發(fā)展到了一個新的高度形成標(biāo)志著化學(xué)工程又發(fā)展到了一個新的高度。 2022-7-5第一章 緒論8v 1960年年美國威斯康辛大學(xué)美國威斯康辛大學(xué)（Univ. Wiscosin）R.B.Bird 出版了傳遞專著出版了傳遞專著 “Transport Phenomena”。此書被公認(rèn)為在三此書被公認(rèn)為在三傳方面第一本較為權(quán)威的書（傳方面第一本較為權(quán)威的書（Bible）。v 書中首次把三種傳遞現(xiàn)象用統(tǒng)一的觀點來處理，書中首次把三種傳遞現(xiàn)象

7、用統(tǒng)一的觀點來處理，將三傳中許多類似之處有機地聯(lián)系起來加以論將三傳中許多類似之處有機地聯(lián)系起來加以論述述。 1960年年 2022-7-5第一章 緒論9化學(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué) 1890年年單元操作單元操作 1922年年傳遞過程傳遞過程 1960年年課程的發(fā)展歷史課程的發(fā)展歷史2022-7-5第一章 緒論1020世紀(jì)初，世紀(jì)初，均以均以小分子物質(zhì)小分子物質(zhì)或或牛牛頓流體頓流體為依據(jù)。為依據(jù)。20世紀(jì)中葉，三大世紀(jì)中葉，三大聚合材料聚合材料的崛起；的崛起；20世紀(jì)末世紀(jì)末生命科學(xué)生命科學(xué)的突飛猛進，三傳所面的突飛猛進，三傳所面對的是對的是介觀介觀、亞微觀亞微觀、微觀微觀、大宏觀大宏觀及及非非牛頓流體

8、牛頓流體。因此課程因此課程內(nèi)容的擴大內(nèi)容的擴大和和跨學(xué)科發(fā)展跨學(xué)科發(fā)展越來越越來越明顯。明顯。傳遞過程傳遞過程作為過程科學(xué)成為高科技不可缺作為過程科學(xué)成為高科技不可缺少的學(xué)科知識。少的學(xué)科知識。課程內(nèi)容的發(fā)展課程內(nèi)容的發(fā)展2022-7-5第一章 緒論11傳遞過程在自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域都是普遍存在的。傳遞過程在自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域都是普遍存在的。2022-7-5第一章 緒論 ghp12舉舉 例例核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆的一個重要問題是：有效地移除反的一個重要問題是：有效地移除反應(yīng)堆中心部位由核裂變所產(chǎn)生的熱量，以防止應(yīng)堆中心部位由核裂變所產(chǎn)生的熱量，以防止反應(yīng)堆的過熱現(xiàn)象，為此，要求對反應(yīng)堆的過熱現(xiàn)象，

9、為此，要求對進進行精確的計算。在此會遇到行精確的計算。在此會遇到溫度分布溫度分布問題問題。工業(yè)廢氣排放工業(yè)廢氣排放中，常含有大量有害污染物質(zhì)，中，常含有大量有害污染物質(zhì)，必須將其排放到高層大氣中去，以便在污染物必須將其排放到高層大氣中去，以便在污染物質(zhì)下降至地表面時，其濃度降至允許的限度以質(zhì)下降至地表面時，其濃度降至允許的限度以下。采取的措施可以是下。采取的措施可以是提高煙囪的高度（舉提高煙囪的高度（舉例）例）。為了確定有效高度，即預(yù)測落地的濃度，為了確定有效高度，即預(yù)測落地的濃度，需要對需要對、有有較為透徹的了解較為透徹的了解。2022-7-5第一章 緒論13低碳鋼低碳鋼的優(yōu)點是抗張強度較大

10、，缺點是表面耐磨的優(yōu)點是抗張強度較大，缺點是表面耐磨性能較差，所以許多由低碳鋼制成的機械部件，必性能較差，所以許多由低碳鋼制成的機械部件，必須對其表面進行硬化處理，方法是將部件暴露在含須對其表面進行硬化處理，方法是將部件暴露在含碳?xì)夥罩羞M行碳?xì)夥罩羞M行滲碳處理滲碳處理，暴露時間的長短將暴露時間的長短將影響到影響到表面碳濃度表面碳濃度和和滲碳深度滲碳深度。這里涉及。這里涉及到到問題問題。舉舉 例例2022-7-5第一章 緒論14呼吸過程呼吸過程吐出吐出CO2吸進吸進O2從而維持生命運動。這個從而維持生命運動。這個“吐吐故納新故納新”過程就涉及到動量、熱量和質(zhì)量傳遞過程就涉及到動量、熱量和質(zhì)量傳遞

11、。v 將新鮮空氣通過鼻腔帶到肺部，同時將廢氣排出肺部，為將新鮮空氣通過鼻腔帶到肺部，同時將廢氣排出肺部，為（通過光滑管通過光滑管-氣管、氣閥氣管、氣閥-噴門噴門）。）。v 空氣和肺泡內(nèi)空氣和肺泡內(nèi)O2為為：21%和和14%，而而CO2為為：0.04%，4.5%。v 由于肺泡壁內(nèi)外存在著濃差由于肺泡壁內(nèi)外存在著濃差， O2滲透進入肺泡，被肺泡中的滲透進入肺泡，被肺泡中的毛細(xì)血管所吸收進入血液，與血液中的血紅蛋白結(jié)合，帶到毛細(xì)血管所吸收進入血液，與血液中的血紅蛋白結(jié)合，帶到全身進行新陳代謝，代謝產(chǎn)生的全身進行新陳代謝，代謝產(chǎn)生的CO2 通過肺泡壁排出體外。通過肺泡壁排出體外。這一物質(zhì)交換過程受到這

12、一物質(zhì)交換過程受到規(guī)律的支配規(guī)律的支配。v 冷空氣被鼻腔、氣管加熱到合適的溫度帶到肺部，這涉及到冷空氣被鼻腔、氣管加熱到合適的溫度帶到肺部，這涉及到問題問題。舉舉 例例2022-7-5第一章 緒論15所涉及的學(xué)科所涉及的學(xué)科q 通過上述諸例可以看出通過上述諸例可以看出: 動量、熱量與質(zhì)量傳遞動量、熱量與質(zhì)量傳遞過程所涉及的內(nèi)容與許多工程領(lǐng)域有密切的聯(lián)系過程所涉及的內(nèi)容與許多工程領(lǐng)域有密切的聯(lián)系q 它們不僅在它們不僅在機械機械、動力動力、土木土木、化工化工、冶冶金金等工程技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)；等工程技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)；q 也在諸如也在諸如生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)、航天和航空航天和航空、電機與電機與電子電子、農(nóng)業(yè)與

13、食品農(nóng)業(yè)與食品等領(lǐng)域中經(jīng)常遇到等領(lǐng)域中經(jīng)常遇到。 2022-7-5第一章 緒論162. 課程內(nèi)容及講解順序課程內(nèi)容及講解順序F首先確定首先確定物理模型物理模型。要能透過現(xiàn)象看到要能透過現(xiàn)象看到三傳的三傳的本質(zhì)。這部分將闡明三傳所遵循的三個基本物本質(zhì)。這部分將闡明三傳所遵循的三個基本物理過程的規(guī)律。理過程的規(guī)律。F針對上述物理模型針對上述物理模型，建立基本微分方程建立基本微分方程，即即建立數(shù)學(xué)模型，將已知的物理問題歸納為數(shù)學(xué)建立數(shù)學(xué)模型，將已知的物理問題歸納為數(shù)學(xué)表達式表達式。F根據(jù)具體問題，確定根據(jù)具體問題，確定定解條件定解條件F方程方程簡化簡化和和求解求解，解得三傳強度量的解得三傳強度量的分

14、布規(guī)分布規(guī)律律和和傳遞系數(shù)傳遞系數(shù)。F求求傳遞速率傳遞速率。動量傳遞模型動量傳遞模型速度分布速度分布動量傳遞速率動量傳遞速率 熱量傳遞模型熱量傳遞模型溫度分布溫度分布熱量傳遞速率熱量傳遞速率質(zhì)量傳遞模型質(zhì)量傳遞模型濃度分布濃度分布質(zhì)量傳遞速率質(zhì)量傳遞速率 課程課程內(nèi)容內(nèi)容及講解及講解順序順序2022-7-5第一章 緒論 ghp183.3. 主要參考書主要參考書 2022-7-5第一章 緒論19 3. 3. 主要參考書主要參考書2022-7-5第一章 緒論203. 3. 主要參考書主要參考書R. Byron. Bird etW. J. Beek et在在教學(xué)教學(xué)過程中對傳遞知識點采用過程中對傳遞知識點采用“、”教學(xué)模式，建立運用傳遞理論教學(xué)模式，建