气体输运现象

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  气体输运现象(gases,transport phenomenon in),气体各部分因流速、温度密度不同,引起动量能量质量传递或交换的现象。这些现象分别称为粘滞(或内摩擦)、热传导、扩散现象,统称气体输运现象、气体迁移现象。在孤立系统中,通过动量、能量、质量的传递,各部分之间的宏观相对运动、温度差异、密度差异逐渐消失,系统由非平衡态过渡到平衡态。

  粘滞、热传导、扩散遵循各自的实验规律,但形式类似,具有共同的特点。当气体各层流速、温度、密度不同时,相邻层分别互施切向作用力(流速较小层加速,流速较大层减速)、传递热量(高温层放热,低温层吸热)、迁移质量(质量从高密度层向低密度层迁移)。实验表明,相邻层之间单位时间内经单位面积传递的动量、热量、质量分别与流速的空间变化率、温度梯度、密度梯度成正比,比例系数分别称为粘滞系数、导热系数(热导率)、扩散系数。这些实验规律分别称为牛顿粘滞定律、傅里叶热传导定律、菲克扩散定律。

  气体输运现象来源于分子间的碰撞,与气体分子的平均自由程密切相关。气体动理论揭示了输运现象的微观本质,导出了上述实验规律,给出了输运系数与相应的微观量平均值的联系,从而说明它们与温度、压强的关系。

  在实际问题中,各种输运过程往往同时存在,交叉影响。输运现象不仅在气体中,在液体、固体、等离子体中也会发生。