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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 气体分子平均自由程与热传导
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甜甜猪

银虫 (小有名气)

[求助] 气体分子平均自由程与热传导

1、 在一个球形容器中，如果气体分子的平均自由程大于容器的直径，这时可将容器内看作什么状态？
2、气体分子的平均自由程为什么是随温度升高而增大的（或者说，为何温度升高，碰撞变得不频繁），可否通俗地解释下？
3、如果气体分子的平均自由程大于气孔的尺寸，将会对热传导过程造成什么样的影响？
欢迎讨论和解答，谢谢！

[ Last edited by 甜甜猪 on 2011-5-3 at 19:45 ]
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1楼2011-05-03 19:44:09
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甜甜猪

银虫 (小有名气)
版规是在哪里查看呢 我是个新手 不知道怎么看 还有就是这个不是作业 确实不是很懂 所以想让大家给我解释解释
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2楼2011-05-04 09:05:34
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huangzx1314

禁虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

甜甜猪(金币+5): 这样子理解好像就比较容易了 谢谢 2011-05-08 20:49:01
夕阳西下: 这个问题还应该考虑在一定的体积内，如果是开放的体积，温度升高，分子密度减少，所以碰撞变得不频繁。 2011-05-09 12:01:18
甜甜猪(金币+2): 2011-05-16 18:24:33
对传热学的微观这些东西不是很了解，就针对你第二题说下我自己的看法：

“为何温度升高，碰撞变得不频繁”，真的是这样的吗？我觉得应该是随着温度的升高，碰撞的频率增大，也就是说单位时间内碰撞次数增加，也就是碰撞变的频繁了。

平均碰撞频率与分子的平均速率成正比（参见汪晓元得大学物理中的气体动理论），而显然随着温度升高，气体分子的平均速率增加，所以应该是碰撞频率增加。

通俗的解释：平均速率增大了，碰撞的频率增大了，但是平均速率增加的幅度较碰撞频率增加的快，所以使得没两次碰撞之间时间走过的路程增加了，也就是平均自由程增大了~~~

不知道我说的对不~~仅代表个人观点~~
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3楼2011-05-08 15:11:28
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huangzx1314

禁虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

甜甜猪(金币+2): 2011-05-12 08:38:45
顺便简单说下第三题，我个人觉得这个题没有表述清楚~~

这个应该需要考虑你题目中的具体气体模型，还有围成气孔材料的导热率与通过气孔的导热率，如果，围成气孔的材料的导热率较小，那应该会阻碍热的传递，反之，结果应该想法~~~

个人观点~~
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4楼2011-05-08 15:14:41
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甜甜猪

银虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by huangzx1314 at 2011-05-08 15:14:41:
顺便简单说下第三题，我个人觉得这个题没有表述清楚~~

这个应该需要考虑你题目中的具体气体模型，还有围成气孔材料的导热率与通过气孔的导热率，如果，围成气孔的材料的导热率较小，那应该会阻碍热的传递，反之 ...

是这样， 我做的材料有气孔， 测量气孔率和导热系数后发现， 在气孔小到一定程度之前， 导热系数是随气孔率减小而增大的； 在气孔小到一定程度后， 导热系数反而随气孔率减小而减小了。
我便猜测是因为气孔尺寸降到了与气体平均自由程相当的数量级，但具体这二者之间的关系如何对导热系数产生作用，不是很明白。
我对传热这块了解甚少，也不知道这样的猜测是否合理，所以在这求助。
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5楼2011-05-08 21:00:39
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huangzx1314

禁虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

甜甜猪(金币+5): 谢谢！ 听你这样分析后我就差不多有个思路了，我再做些试验验证下 2011-05-09 08:56:06
GrasaVampiro(物理EPI+1): 2011-05-09 16:01:09
引用回帖:
Originally posted by 甜甜猪 at 2011-05-08 21:00:39:
是这样， 我做的材料有气孔， 测量气孔率和导热系数后发现， 在气孔小到一定程度之前， 导热系数是随气孔率减小而增大的； 在气孔小到一定程度后， 导热系数反而随气孔率减小而减小了。
我便猜测是因为气孔尺 ...

如果是这种情况的话，我觉得应该是这样的：

不知道你是在什么温度下进行的热导率测定了~~

第一，当你的气孔的孔径较大时，尤其当测试温度较高（这里和室温想比较），结构中一个孔各个部位的温度不同，会产生较强的辐射换热，在辐射换热过程中，会随着孔壁数目的增多而导致传热效率降低。也就是你描述的：在气孔小到一定程度之前， 导热系数是随气孔率减小而增大的（气孔率减小，则单位体积中孔壁的数目相对减少）。

第二，当你的气孔孔径较小时，即使测试温度较高，首先每个气孔的孔壁各个部位的温度差较小，不利于辐射传热，其次，当空经较小不利于辐射传热（因为：假设温度为500K，则辐射传热的波长大约为2896/500*10（-6）=5800nm），再次，热空气分子的平均自由程大概为几十纳米，所以这个时候主要以热传导为主。这有可能说明你做的材料的热导率较空气的热导率小一些（只是一个猜测），所以：在气孔小到一定程度后， 导热系数反而随气孔率减小而减小了。

当然以上只是我自己的猜测，如果条件允许的话，你可以做一下高温和低温状态的不同孔径的导热系数。

我也不是学这方面的，希望对你有帮助~~

不知道你有没有看过徐德龙主编的，武汉理工大学出版的《材料工程基础》这本书。上面关于传热学部分，我觉得你可以参考一下，上面关于传热，质量传递和物料干燥写的非常好。

仅个人观点，共同学习~~
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6楼2011-05-09 00:23:18
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