稀薄气体中的输运过程.pptVIP

§ 3．9 稀薄气体中的输运过程 § 3．9．1稀薄气体的特征 上一节所商量的气体要求它既满足理想气体条件，但又不是十分稀薄，如果 L 为容器特征线度，d 为分子有效直径,其分子平均自由程要满足如下条件: 的限制是因为上一节所商量的输运现象中仅仅考虑了分子之间的碰撞， 但未考虑到分子与器壁的碰撞。实际上分子与器壁碰撞时也会发生动量和能量的传输。 学习文档 这里统一以下标 m–m 表示分子与分子之间碰撞的诸物理量， 以下标 m–w 表示分子与器壁碰撞的诸物理量，而以下标 t 表示这两种同类物理量之和。 一般情况下，分子在单位时间内所经历的平均碰撞总次数应是分子与分子及分子与器壁碰撞的平均次数之和，即 学习文档 这就是分子平均自由程的更为一般的公式。 考虑到以前所讲的分子与分子间碰撞的平均自由程就是这里的总的平均自由程，则上式可写为 假设在上式两边各除以平均速率，并且分别取倒数,令 显然，只有当 学习文档 由此可见，商量输运现象时我们用了平均自由程比容器特征尺寸 L 小得多的限制条件是完全必要的。 但是随着气体压强的降低，当分子间碰撞的平均自由程可与容器的特征尺寸 L 相比较，甚至要比 L 大得多时，商量气体输运系数时所得到的一些公式不再适用。 学习文档 〔二〕真空 学习文档 §3．9．2稀薄气体中的热传导现象、 黏性现象 、 扩散现象 在稀薄气体的输运现象中，比较简单的是高真空和超高真空气体。 我们把超高真空气体称为极稀薄气体， 这时气体分子主要在器壁之间碰撞，而很少发生分子之间的碰撞。 它们在与器壁碰撞的同时，与器壁发生能量或动量的输运， 因而产生热传导与黏性现象。 学习文档 〔一〕稀薄气体中的热传导现象 的气体。分子在两器壁之间往返运动的过程中很少与其它分子相碰。 考虑有两块温度分别为 T1 及 T2 的平行平板，平板之间的距离 L 比平板的线度小得多，其中充有其平均自由程 学习文档 只要两器壁碰撞的温度差 ?T = T1 -T2 T1 就可以认为，只要与温度为 T1〔 或 T2 〕的器壁碰撞过一次，这一分子的平均能量就变为 i kT1 / 2 或 i kT2 / 2 其中i 的数值由对能量均分定理作实际奉献的自由度所决定， 定义单位时间内从单位面积平行板上所传递的能量为热流密度 学习文档 这说明热流密度 JT 与真空夹层厚度 L 无关。 传热量正比于 n ， 因而正比于压强 p ，p 越小，热流密度 JT 越小， 这就是真空绝热技术的根本原理。 显然一个分子在两器壁间来回碰一次传递的平均能量为 i k(T 1 - T 2 )/ 2 。 按照单位时间内碰撞在单位面积器壁上的平均分子数公式，可以得到热流密度 学习文档 需要说明，虽然上面的商量是针对超高真空气体进行的，但对 L 大于平均自由程的高真空气体也能近似适用。 英国物理学家杜瓦在首次液化氢气时( 液氢温度为20 K ) ，为了能保存很难液化且汽化热很少的液氢而设计了杜瓦瓶〔 热水瓶就是一种杜瓦瓶 〕。 杜瓦瓶两层壁间气体的真空度越好，绝热性能就越好。 同时为了降低辐射传热，要在夹层玻璃的内壁上镀银，以减少热辐射汲取率从而降低辐射传热量。 学习文档  〔二〕稀薄气体中的黏性现象 学习文档