输运现象

在工程、物理和化学中，传输现象的研究涉及观察和研究系统之间的质量、能量、电荷、动量和角动量的交换。 虽然它来自连续介质力学和热力学等不同领域，但它非常强调所涵盖主题之间的共性。 质量、动量和热传输都共享一个非常相似的数学框架，并且在传输现象的研究中利用它们之间的相似性来得出深刻的数学联系，这些联系通常为直接从中得出的一个领域的分析提供非常有用的工具 其他。

质量、热量和动量传递这三个子领域的基本分析通常基于一个简单的原则，即所研究的量的总和必须由系统及其环境守恒。 因此，导致运输的不同现象都被单独考虑，并且知道它们的贡献之和必须等于零。 该原理可用于计算许多相关量。 例如，在流体力学中，输运分析的一个常见用途是确定流过刚性体积的流体的速度分布。

运输现像在整个工程学科中无处不在。 工程中传输分析的一些最常见的例子出现在过程、化学、生物和机械工程领域，但该主题是所有学科课程的基本组成部分，以任何方式涉及流体力学、传热 , 和传质。 它现在被认为与热力学、力学和电磁学一样属于工程学科。

运输现像包括宇宙中物理变化的所有xxx。 此外，它们被认为是发展宇宙的基本组成部分，也是地球上所有生命成功的原因。 然而，这里的范围仅限于传输现象与人工工程系统的关系。

在物理学中，输运现象都是不可逆的统计性质过程，源于分子的随机连续运动，主要在流体中观察到。 传输现象的每个方面都基于两个主要概念：守恒定律和本构方程。 在传输现象的背景下，守恒定律被表述为连续性方程，描述了所研究的数量必须如何守恒。 本构方程描述了所讨论的数量如何通过传输响应各种刺激。 突出的例子包括傅立叶热传导定律和 Navier-Stokes 方程，它们分别描述了热通量对温度梯度的响应以及流体通量与施加于流体的力之间的关系。 这些方程还证明了传输现象与热力学之间的深层联系，这种联系解释了为什么传输现象是不可逆的。 几乎所有这些物理现象最终都涉及根据最小能量原理寻求最低能量状态的系统。 当它们接近这种状态时，它们往往会达到真正的热力学平衡，此时系统中不再有任何驱动力并且传输停止。 这种平衡的各个方面都与特定的传输直接相关：传热是系统试图与其环境实现热平衡，就像质量和动量传输使系统走向化学和机械平衡一样。

传输过程的示例包括热传导（能量传输）、流体流动（动量传输）、分子扩散（质量传输）、辐射和半导体中的电荷传输。

运输现象具有广泛的应用。 例如，在固态物理学中，研究电子、空穴和声子在输运现象下的运动和相互作用。 另一个例子是在生物医学工程中，其中一些感兴趣的传输现象是温度调节、灌注和微流体。 在化学工程中，在反应器设计、分子或扩散传输机制分析以及冶金学中研究传输现象。

质量、能量和动量的传输会受到外部来源的影响：

• 当气味来源仍然存在时，气味消散得更慢（并可能加剧）。
• 导热固体的冷却速率取决于是否应用了热源。
• 作用在雨滴上的重力抵消了周围空气施加的阻力或阻力。

研究输运现象的一个重要原则是现象之间的类比。