输运现象
- 黏性: 动量传输, 速度梯度
- 扩散: 粒子传输, 粒子数密度.
- 热传导: 能量传输, 温度梯度
1. 黏性
- 牛顿黏性定律
- \[f = -\eta \frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}z}A\] 其中 \(A\) 为切平面内面积.
- 动量流密度
- \[J_p = -\eta \frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}z}\] \[\Rightarrow f = J_p A\]
物体在流体中运动时, 速度不快(层流), 有: \[f = 6\pi\eta vR\]
2. 扩散现象
- 菲克定律
- \[J_N = -D \frac{\mathrm{d}n}{\mathrm{d}z}\] \[\frac{\mathrm{d}N}{\mathrm{d}z} = J_N A\]
布朗运动中有: \[D = \frac{kT}{6\pi\eta r}\]
3. 热传输
对流、传导、辐射
- 傅里叶热传导定律
- \[\dot{Q} = -\kappa \frac{\mathrm{d}T}{\mathrm{d}z}A = J_T A\] \[J_T = -\kappa \frac{\mathrm{d}T}{\mathrm{d}z}\]
4. 气体分子的平均自由程
\[\bar{\lambda} = \frac{\bar{v}}{\bar{\omega}}\] 其中 \(\bar{\omega}/\bar{Z}\) 为平均碰撞频率.
推导有: \[\bar{\lambda} = \frac{1}{\sqrt{2}n\sigma} = \frac{1}{\sqrt{2}\pi n d^2}\] 其中 \(n\) 分子数密度, \(\sigma = \pi d^2\) 为散射截面.
- 自由程分布
- \[P(\lambda)\mathrm{d}\lambda = \frac{1}{\bar{\lambda}} \mathrm{e}^{-l/\bar{\lambda}}\mathrm{d}l, \ \mathrm{d}N = N_0 P(\lambda)\mathrm{d}\lambda\]
5. 三定理的微观原理
\[\eta = \frac{1}{3}\rho \bar{v}\bar{\lambda}\] \[ \kappa = \frac{1}{3}\rho \bar{v}\bar{\lambda} \frac{-C_{V, m}}{M} \] \[D = \frac{1}{3}\bar{v}\bar{\lambda}\]