Unit 12 工业制造的传递现象 引言传递现象是一个共有的名词来源于有规则的集成研究的三个古典的工程领域的学科；（1）能量或热传动，（2）质量传递或扩散（3）动量传递或流体动力学。当然，热和质量传递发生在流体中，正是由于这个原因一些工程研究人员们青睐于热传导和固体扩散，然而，这个学科实际上是比流体力学的范围更广。该学科不同于流体力学之处还在于传递现象的研究利用了传热，传质，和动量传递方程之间的相似性。这些相似性，随着它们经常被提起，能够经常涉及到相似的物理构造借以发生传送，因而，明白一个传送过程就可以明白另一个传送过程。而且，如果微分方程和边界条件都相同，则仅需对其中一个（传递）过程求解，因为通过改变名称，该解可用作任何其他传递过程的解。 需要强调的是，然而，在传递过程中有很多相似之处，也有很重要的不同之处，尤其在动量传动，和热或质量传递。尽管如此，一个对传递过程相似之处有系统的研究会使识别和明白他们的不同之处变得更加简单。 为什么工程师要研究传递现象？自从这门学科涉及到一些自然规律，一些人把它归类为工程方面的一个分支。这如这些原因一些参与经济性设计和设备操作以及技能方面的工程师，十分适当地提出传递现象将会在实践中体现价值。大致有两种答案回答这些问题。第一种要要求认识热，质量，动量等传递发生在各种工程设备中，热交换器，压缩机，核电站，增湿机，空气冷却器，干燥器，分馏器，减震器等等。这些传递过程也参与到人体当中就像在复杂得过程凭借污染物质的其反应扩散到大气中。如果工程师想要了解在工程装备中所发生的情况，并就造作的经济性做出明智的决策，那么他们应该对控制这些传递过程的物理定律有所理解，这一点很重要。第二中答案是工程师们需要能够用他们对自然规律的理解来设计这些正在发生的装备过程。这样做他们必须预测出热，质量或动量等传递的比率。例如，考察一个简单的换热器，即一根管子，通过保持器壁温高于流过管内的流体温度，即可加热流体。这个比率通过管壁传热给流体的依靠的因素叫做热传递系数这是在进行昂贵的实验室或试验工厂测量后以及通过相关度量的以观察或实验为依据的方程式所获得的。这些方程式在一定范围内适合一些数据的方程式；它们不是建立在原理的基础上，也不能用在已经获得数据的精确度意外的问题上。 更便宜的而且一般更可靠的方程式被用在传递现象来预测传热系数通过以自然规律为基础的方程式。这些预测的结果将会通过一个研究工程师计算一些方程式（通常是用计算机）后获得的。一个设计工程师将会用这些方程式是研究型的工程师获得传热系数。 记住设计热交换器的工作一样也是不管如何要先得到传热系数。由于这个原因，一些传递现象的课程仅仅强调传热系数的确定和实际的单元操作课程的设计水平。当然获得参数也是很重要的，热传递系数被用作设计，也正是由于这些原因一个传递课程可以被认为是一个工程课程就像是一门学科。 事实上，有一些设计的工程师可以用这个方法和传递想象的方程式直接用于设备的设计的例子。一个例子就是一个作为一个管子说明的管子型的反应器，这个热交换器伴随着均相化学反应发生在里面会描述的早些，流体以某种反应物浓度进入管子，而以减小了的反应物浓度和提高了的产品浓度排除管子。 当然，不是所有的问题今天都可以用这种方式解决。然而，随着计算机的发展，越来越多的问题将会用这种方法解决。如果工程学的学生接受教育没有变得过时，那他们必须做好思想准备，同伙理解传递现象的一种方法，应用计算机将会创造未来。因为它有巨大的潜力正像他的应用的趋势，传递现象的课程将会最终证明这是在大学生涯最实际而且有用的的课程。 (Selected from: Ray W F Fundamentals of Transport Phenomena， McGraw-Hill， )Unit 13传热原理实际的全部的已完成的操作都有化学工程参与生产或以热的形式吸收能量。因此，控制传热的定律和以控制热流为主要目的的仪器类型都是很重要的。 自然的热流动当两个不同温度的物体进行接触时，热量会有温度高的物体流到温度地的物体。这种流动经常朝着温度下降的方向，热的流动有三种途径：传导，对流，和辐射。传导 如果一个连续的实体中存在着温度变化，热量可能流动不伴随物质的任何运动。热量的这种流动叫做传导。在金属体中，热传递的结果来自自由电子的运动，所以热传递和电的传导率很相似。在电的传导率低的实体中，在大多数的液体中，热传导的结果伴随着温度变化的分子运动的动量。气体的传导发生在任意的运动的分子，所以热是一种扩散从高温地区传导低温地区。区普通的传导的例子就是热在不透明的物体中流动，就像火炉里的砖墙或是管子的金属壁。对流 当一个宏观的液体微粒穿过一个特定的表面，例如一个固定容积的范围内，它带有确定数目的焓。这样的焓的流动来自连续的热的流动或者简单的对流。由于对流是一种宏观现象，因此，只有当力作用在微团或液流上且该力能够克服摩擦力并维持其运动时，这种传递现象才能发生。对流的一个例子是焓的变化由于湍流流动和由于热的空气流过普通的冷却器。自然和强制对流 强制对流在液体中有两种形式，如果这种趋势的原因是密度不同和液体中温度变化引起的密度不同所产生的浮力。这个作用叫做自然对流。流动的空气穿过加热的冷却器就是自然对流的一个例子。如果这个气流产生的运动被机械力的作用分开如泵和搅拌器，这种流动域密度的变化程度无关叫做强制对流。热流动由液体被泵入以个加热的管子就是强制对流的例子。这两种力有可能同时在同一种液体中作用，这是自然对流和强制对流共同作用。辐射 辐射是一个术语来自于能量以电磁波的形式穿过空间，如果辐射正在穿过空的空间，它不会改变热或其它任何形式的能量。也不会使它偏离原来的路径。然而。在它自己的路径中，辐射将会被传播，被反射或者被吸收。它仅通过吸收能量来产生热量，这种改变是数量上的，例如，融化的石英传播所有的辐射当它受到打击是；一个磨亮的不透明的表面将会吸收大多数的辐射，并将会改变这样吸收能量数量上的在热中。单元子和双原子气体对热射线是可以通过的，经常发现热经过某种气体团是，它可以通过辐射的方式也可以传导。例子是；从散热器或未保温的蒸汽管道向周围环境气体损失热量在熔炉传热以及其它高温气体加热损失。这两个机制是互相独立并且是并行产生的。所以一种类型的热流动可以被控制或与其它独立的。传热，对流和辐射都被分开和避免相互间造成影响二者都很重要。在一般的条件下，射线变得重要并与液体流动的情况无关。传热传导它们对流动状态是非常敏感的收温度影响的。 传热率热通量 传热计算是基于热的传热表面的面积用平方英尺每小时的单位表示。每单位面积的传热率叫做热通量。许多类型的传热装备都是用管子构成的。热通量也可以在内表面上，或者在管子的外表面。尽管这个选择是随意的，但它必须得明确的规定因为热通量的重要的数值是不同的。流体流动的平均温度 当一个流体正在变热或者变冷时，流体横截面的温度会变化。如果流体被加热，流体靠近加热表面的温度最高，中心外温度逐渐降低，如果流体被冷却，流体靠近冷却表面的温度最低，从中心到表面温度组件升高。应为这个温度变化遍及整个流体的横截面。为了明确，我们必须指出，流体的温度是指什么。大家一致认为，流束的温度就是假设把流过所研究截面的全部流束取出并绝热混合后所达到的均匀温度。这个温度所以明确的叫做平均或流体混合温度。
