特殊热处理技术.ppt

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1、特殊热处理技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望平均分子动能平均分子动能32221vvv=zy2vx由于气体处于平衡状态时，气体分子沿各个方向运动的概率相等，由于气体处于平衡状态时，气体分子沿各个方向运动的概率相等，故有故有 平衡态下气体分子速度分量平方的平衡态下气体分子速度分量平方的统计统计平均值为平均值为 vpx（N/V）m nm vp px py pz1/3nm vpnkTvpx是是N个气体分子对垂直于个气体分子对垂直于X轴容器比轴容器比产生的

2、压力；产生的压力；为为n个分子的个分子的 的平的平均值均值v气体压力及分子的平均动能与绝对温气体压力及分子的平均动能与绝对温度成比例度成比例平均分子动能平均分子动能XYZ2vx2vxv2vx2vx2E=3/2kT麦克斯韦麦克斯韦-波尔兹曼速度分布定律波尔兹曼速度分布定律v理想气体在平衡态下分子的速率分布函数理想气体在平衡态下分子的速率分布函数v(1/n)*(dn/dv)=f(v)=4/(1/n)*(dn/dv)=f(v)=4/1/21/2(m/2kT)(m/2kT)3/23/2 V2e V2e-mv-mv2 2/2kT/2kT式中式中m m为分子质量，为分子质量，T T 为气体热力学温度，为气

3、体热力学温度，k k 为玻耳兹曼常量。为玻耳兹曼常量。vf(v）称为速率分布函数设某系统处于平衡态下，称为速率分布函数设某系统处于平衡态下，总分子数为总分子数为 N ，则在，则在vv+dv 区间内分子数的比区间内分子数的比率为率为NNd=vv d)(f速率分布曲线速率分布曲线vOONNd=vv d)(fvvdv v1v2T Tf f(v v)v由图可见，气体中速由图可见，气体中速率很小、速率很大的率很小、速率很大的分子数都很少。分子数都很少。v在在d dv v 间隔内间隔内,曲线下曲线下的面积表示速率分布的面积表示速率分布在在v vv+v+d dv v 中的分中的分子数与总分子数的比子数与总分

4、子数的比率率v在在v v1 1v v2 2 区间内区间内,曲曲线下的面积表示速率线下的面积表示速率分布在分布在v v1 1v v2 2之间的之间的分子数与总分子数的分子数与总分子数的比率比率 分子速率的三种统计平均值分子速率的三种统计平均值v平均速率平均速率v方均根速率方均根速率v最概然速率最概然速率 式中式中M M 为气体的摩尔质量，为气体的摩尔质量，R R 为摩尔气体常量为摩尔气体常量气体分子运动论在真空技术的应用气体分子运动论在真空技术的应用v通过孔洞的漏气速度通过孔洞的漏气速度vq/n=3.64103(T/M)1/2A(cm3/s)v气体分子平均自由程气体分子平均自由程v=1/(21/

5、2n2)=kT/(21/2n2p)p 气体分子直径气体分子直径v气体的输运过程气体的输运过程1.沿沿X轴有线性变化的物理量轴有线性变化的物理量B在在X轴的输运方程轴的输运方程2.气体的冲量输运（内摩擦）气体的冲量输运（内摩擦）3.能量输运（热传导）能量输运（热传导）输运方程输运方程v气体的某以物理量的气体的某以物理量的B（热传导中的能量、内摩擦中的冲量、扩散中的质量等）（热传导中的能量、内摩擦中的冲量、扩散中的质量等）的热力学平衡收到干扰，的热力学平衡收到干扰，则此物理量将出现输运过程，则此物理量将出现输运过程，即在空间的移动即在空间的移动vAnVavdt/6 B(x)-B/x)-AnVavd

6、t/6 B(x)+B/x)=AnVavdt/3 B/x n 为单位体积中的气体分子数，为单位体积中的气体分子数，Vav为气体分子的平均速度；为气体分子的平均速度；是气体分子平均自由程，是气体分子平均自由程，t为时间为时间 A 为面积。为面积。X1-X1+X1B(X1+)B(X1-)AAnVavdt/6AnVavdt/6B(x)沿沿X轴具有线形变化的物理量轴具有线形变化的物理量B的输运现象的输运现象输运量与输运量与n、Vav、以及以及在在X方向上方向上B物理量的梯度物理量的梯度成正比。成正比。n与压强成正比，与压强成正比，以压强以压强成反比，成反比，其乘积所决定的其乘积所决定的输运量与压强无关。

7、输运量与压强无关。冲量的输运（粘滞性）冲量的输运（粘滞性）v对面积为对面积为A的相邻气流层之间产生的的相邻气流层之间产生的切向力切向力:F=A(v/y)v据分子运动论导出据分子运动论导出:F1/3nm Vav Av/yv据定义据定义粘滞系数在数值上等于单位粘滞系数在数值上等于单位面积上的切向力与速度梯度的商可导面积上的切向力与速度梯度的商可导出出:1/3nmVav 气体密度气体密度nm 1/3 Vav 泊（泊（P）v考虑速度分布定律及平均自由程的分考虑速度分布定律及平均自由程的分布等因素导出：布等因素导出：0.499 Vav 加上加上Vav及及推导式可得：推导式可得：0.998/2(mkT/)

8、1/2AfV粘滞性造成的二平板内的速度分布粘滞性造成的二平板内的速度分布在相当大的温度与压力范围内：在相当大的温度与压力范围内：与气体分子量的平方根成正比；与气体分子量的平方根成正比；随温度升高而增大；随温度升高而增大；与气体压强无关。与气体压强无关。能量的输运能量的输运v热传导是真空中热能的输运现象，是通过气体分子热传导是真空中热能的输运现象，是通过气体分子的热运动是气体的各部分温度趋于均匀的过程的热运动是气体的各部分温度趋于均匀的过程 HkdT/dsv高压强（粘滞态）下热传导（与压强无关）高压强（粘滞态）下热传导（与压强无关）k1/4（9 5）cv 其中其中=cv+cp v低压强（分子态）

9、下热传导（与压力成正比）低压强（分子态）下热传导（与压力成正比）E0(/2)/(pvi/Ti)(TA-Ti)(eg.单原子气体）单原子气体）v H在随方向上每秒通过在随方向上每秒通过1cm2 的热流量；的热流量；dT/ds 在在s方向上的温度梯度；方向上的温度梯度；k导热系数；导热系数；cv等容比热；等容比热；cp等压比热；等压比热；vi：Ti温度时气体分子的平均速温度时气体分子的平均速度；度；TA较高温度表面的温度，较高温度表面的温度，E0单位时间内单位面积表面的气体输运的单位时间内单位面积表面的气体输运的能量能量气体在管道中的流动气体在管道中的流动v粘滞流粘滞流Pd66.7Pacm or/d1/100紊流与层流紊流与层流v分子流分子流Pd1/3v粘滞粘滞-分子流分子流v流量、流导和流阻流量、流导和流阻Q=c(p1-p2);R=1/c圆断面长导管的流导圆断面长导管的流导管道并联与串联时的总流导管道并联与串联时的总流导Da粘滞态层流粘滞态层流分子态流动分子态流动