流體力學(xué)與傳熱復(fù)習(xí)提綱

1、流體力學(xué)與傳熱復(fù)習(xí)提綱流體力學(xué)與傳熱復(fù)習(xí)提綱第一章流體流動1）壓強的表示方法絕對壓：以絕對真空為基準的真實壓強值表壓：以大氣壓為基準的相對壓強值卩絕=Pa P表如果絕對壓小于表壓，此時表壓稱為真空度。例題當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?45mmH測得一容器內(nèi)的絕 對壓強為350mmHg|則真空度為。測得另一容器內(nèi)的表壓強為1360 mmHg則其絕對 壓強為。2）牛頓粘度定律的表達式及適用條件=呼適用條件：牛頓型流體dy卩-流體粘度3）粘度隨溫度的變化液體：溫度上升，粘度下降；氣體：變化趨勢剛好和液體相反，溫度上升，粘度增大。4）流體靜力學(xué)基本方程式P2 =Pig（zi -北2）5）流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用 等

2、壓面及其條件靜止、連續(xù)、同種流體、同一水平面6）連續(xù)性方程對于穩(wěn)定流動的流體，通過某一截面的質(zhì)量流量 為一常數(shù)：ms =uA 二常數(shù)如果流動過程P不變，則A2u2 二 A®如果是圓管，則2 2d2u2 二di ui因此管徑增大一倍，則流速成平方的降低。7）伯努利方程式的表達式及其物理意義、單位 不可壓縮理想流體作穩(wěn)定流動時的機械能衡算 式gZi 12-pL W gZ2uf -p x Wf2對于理想流動，阻力為0,機械能損失為0,且 又沒有外加功，則gzi-u-,2-P1= gz2u2' -Pz12 1 22 2 ?物理意義：理想流體穩(wěn)定流動時，其機械能守恒 注意伯努利方程的幾

3、種表達形式和各物理量的 單位。置。忽 管出口 出口處例題如題圖所示虹吸裝 略在管內(nèi)流動損失，虹吸 與罐底部相平，則虹吸管 的流速8）流型的判據(jù)流體有兩種流型：層流，湍流。層流：流體質(zhì)點只作平行管軸的流動，質(zhì)點之間 無碰撞；湍流：流體質(zhì)點除了沿管軸作主流運動外， 在其 它的方向上還作隨機脈動，相互碰撞。流型的判據(jù)：Re<2000，流體在管內(nèi)層流，為層流區(qū);Re>4000，流體在管內(nèi)湍流，為湍流區(qū);9）流體在圓管內(nèi)層流時的速度分布 層流時流體在某一截面各點處的速度并不相等, 在此截面上呈正態(tài)分布。Ur在管中心處的流速最大，其最大流速與平均流速 之間的關(guān)系：1u uc2 c10）直管阻力

4、損失的通式 流體流經(jīng)水平均勻的直管，Wfl u2（靜壓能的減?。ǚ秾幑剑┓秾幑降娜N表達形式（壓力損失、阻力損失、 壓頭損失） 11）直管內(nèi)層流時的阻力損失32Tud2由直管內(nèi)層流時的阻力損失，可得直管內(nèi)層流時 的摩擦系數(shù)：一 64Re例題 已知某油品在園管中穩(wěn)定流動，其 Re= 1000。已測得管中心處的點速度為0.5m/s,則此 管截面上的平均速度為m/s。若油品流 量增加一倍，則每米直管的壓頭損失為原損失的 倍。（入和流速液有關(guān)系）例題 米糠油在管中作層流流動，若流量不變u,d不變，管長增加一倍，則摩擦阻力損失 d, l不變，油溫升高，粘度為原來的1/2,則摩擦 阻力損失答：根據(jù)哈

5、根-泊謖葉方程.巾=甞 12）總阻力損失流體流通直管時存在阻力損失， 流通管件、設(shè)備 時，也存在阻力損失。TW 1leU(-)d 2 d2、為局部阻力系數(shù)，突然擴大時，z= 1;突然縮小時，z= 0.5。13）管路計算利用連續(xù)性方程、機械能衡算式、范寧公式、靜 力學(xué)方程式，計算流速、流量、軸功率等。14）流速和流量的測量儀器皮托管、孔板、轉(zhuǎn)子流量計三種常見的流量計 皮托管特點：1. 測量的是某一點的流速，而不是管截面的 平均流速2. 皮托管平行于管軸放置3. 內(nèi)管口正對流體，外管壁的小孔與流動方 向垂直4. 屬變壓頭流量計孔板流量計特點：1. 測量孔口處的流速2. 利用孔板處靜壓能的不同測量流

6、速、流量，屬變壓頭流量計3. 孔板流量計流速的計算公式:Co為流量系數(shù) 轉(zhuǎn)子流量計特點：1. 倒錐形的玻璃管2. 測量時轉(zhuǎn)子上下截面的壓差不隨流量變化， 但截面卻發(fā)生變化，屬變截面的流量計3. 讀數(shù)讀最大投影面積處4. 轉(zhuǎn)子流量計用20C水或者20C、1atm下的 空氣進行標定，如果測量其它流體或者非此狀 態(tài)下的空氣，需要重新標定。例題用泵將密度為850kg/m3,粘度為0.佃0Pa?s 的重油從貯油池送至敞口高位槽中，升揚高度為 20m。輸送管路為© 108X 4mm鋼管，總長為 1000m （包括直管長度及所有局部阻力的當(dāng)量長 度）。管路上裝有孔徑為80mm的孔板以測定流 量，其

7、油水壓差計的讀數(shù) R = 500mm。孔流系數(shù)Co= 0.62，水的密度為1000kg/m3。試求：輸油量是多少m3/h?（2）若泵的效率為0.55,計算泵的軸功率。解：孔徑處流速u°=Co 2gRd =0.62 2 981 05（1°°0-85°）=0.816m/s. 匸.850Vd2 巾816 0.785 0.082 3600 十7心在貯油池液面1 T與高位槽液面2-2'、可列柏 努利方程式，并以截面1 1'為基準水平面，得2 2gZi *空We訶2華八Wf將上列數(shù)值代入柏努利方程式，并整理得We =9.81 20 ' Wf管

8、內(nèi)油流速u = u00.816d2竺=0.522m/sJ00丿Re =0.1 0.522 850 =234 : 2000 為層流0.19唱心74珈“心We 二 9.81 20 373.3 二 569.5J / kgNe 二-VWe = 3609W（注意：管徑為 108-4*2 = 100 mm） 例題 用泵將20 C水從敞口貯槽送至表壓為1.508X 105Pa的密閉容器，兩槽液面均恒定不變，各 部分相對位置如圖所示。輸送管路尺寸為X 4mm的無縫鋼管，吸入管長為 20m,排出 長為100m （各段管長均包括所有局部部阻力的當(dāng) 量長度）。當(dāng)閥門為3/4開度時，真空表讀數(shù)為9iL3m1i4270

9、0Pa,兩測壓口的垂直距離為 0.5m,忽略兩 測壓口之間的阻力，摩擦系數(shù)可取為0.02。試求: 閥門3/4開度時管路的流量（m3/h）;（2）壓強表讀數(shù)（Pa）；（3）泵的壓頭（m）；若泵的軸功率為10kW，求泵的效率；（5）若離心泵運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，試分析 其原因。解：（1）閥門3/4開度時管路的流量（m3/h）；在貯槽液面0-0 '與真空表所在截面1-間列 柏努利方程。以0-0 '截面為基準水平面，有:2 2Z0 2g 9 Z1 2g 巾hf，04其中，二 hf,0"+為 1 土 = 0.02漢 空 x U = 0.204u2d 2g0.12 9.81&

10、#39;0=0,u 0=0, p 0=0（表壓），z i=3m,pi=-42700Pa （表壓）代入上式，得:i=2.3m/S , Q= =d2u =65m3/h4(2)壓強表讀數(shù)(Pa)；在壓力表所在截面2-2 '與容器液面3-3 '間列 柏努利方程。仍以0-0 '截面為基準水平面，有:2 2U2 亠 P2, U.p3 , v .Z2Z3hf,2J32gPg2gPg252CL 丄2.3 丄 P2丄c 丄 1.5漢10 丄 ccc 1002.33.5-1600.02 -2g 1000g1000 =<g0.129.81解得，p2=3.23 x 105Pa （表壓）(

11、3) 泵的壓頭(m);在真空表與壓力表所在截面間列柏努利方程，可得，551000 9.81H =億-乙）9 Hf =0.5 323 10°.427 100= 37.8m(4) 泵的有效功率“ HQP 37.8漢65沢1000°Ne6.687kw1023600 匯 102故二 Ne/N=66.87%(5) 若離心泵運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，原因是進口管有泄漏。第二章 流體輸送機械1) 離心泵的工作原理 離心泵的主要部件是固定的泵殼和旋轉(zhuǎn)的葉輪。 葉輪高速旋轉(zhuǎn)， 在離心力的作用下， 液體從葉輪 中心甩向外周。此時液體靜壓提高 流速也提高， 流體進入這個泵殼后， 流道逐漸增大，

12、流速逐漸 減小，部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。 這樣泵出口處液 體具有較高的靜壓能排入管路。2) 氣縛及氣蝕現(xiàn)象的概念、危害及避免措施 氣縛：離心泵啟動時，如果泵內(nèi)存有氣體，因氣 體密度小， 產(chǎn)生的離心力很小， 在葉輪中心處不 能形成足夠的低壓從貯槽吸入液體， 離心泵無法 正常工作，這種現(xiàn)象稱為氣縛。 避免措施：離心泵啟動前必須向泵殼灌滿液體。 氣蝕：當(dāng)泵中心處的壓強等于或低于操作溫度下 液體的飽和蒸氣壓時，液體會部分氣化產(chǎn)生氣 泡，并流向高壓區(qū)。在高壓區(qū)氣泡消失，產(chǎn)生局 部真空， 周圍的液體高速沖向原氣泡中心， 產(chǎn)生 巨大的沖擊力，至少會使泵產(chǎn)生巨大的轟鳴聲。 葉輪和泵殼受到反復(fù)的沖擊， 材料表面會

13、產(chǎn)生疲 勞，甚至蝕點和裂縫，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。危害：泵的流量、壓頭和效率明顯下降，產(chǎn)生巨 大的轟鳴，損壞泵體。避免措施： 泵的安裝高度適當(dāng)， 保證葉輪中心處 的壓強高于液體的飽和蒸氣壓。3）升揚高度的概念和揚程 泵的揚程：單位質(zhì)量流體從泵獲得的機械能。 泵的升揚高度： 泵的實際吸上高度與排出高度之 和。4）離心泵的性能曲線常用的離心泵的性能曲線有：Hqv, p軸qv, nqv曲線。共同特點：揚程與體積流量的關(guān)系中, 流量增大, 揚程減小 軸功率與體積流量的關(guān)系中, 流量增大軸功率增 大,流量為 0 時,軸功率為最小值, 但不等于 0。 效率與體積流量的關(guān)系中, 流量為 0 時,效率為 0,流量

14、增大效率先是增大而后下降。5）離心泵性能的影響因素 液體物性：密度（密度僅對軸功率有影響）粘度（粘度增大,揚程、流量、效率 下降, p 增大）轉(zhuǎn)速：Hi Ji =(n；)為功率)葉輪直徑：Q D H 小、2 N D' 3() ()Q D HDN D6）閥門的安裝位置及原因T （pa-pi）/ p g=Zi+ui 2/2g+ 工 hfsPi隨hfs增大而降低泵的吸上高度不僅與允許吸上“真空度”Hs有關(guān)，還與泵吸入管內(nèi)的壓頭損失有關(guān)而 工hfs又 與le成正比。為了保證泵在實際操作中不發(fā)生 氣蝕現(xiàn)象要盡量減小吸入管的阻力。 這就要求吸 上管路短而直且無調(diào)節(jié)閥門，以使 藝hf盡量小。 因此，

15、調(diào)節(jié)流量的閥門一般不裝在吸入管路上， 而裝在出口管路上。7）離心泵流量調(diào)節(jié)的方法A. 改變閥門的開度一改變管路特性曲線（He為 管路所需的壓頭）閥門開大，B值減小，工作點下移至 M1，流量 增大；閥門關(guān)小，B值增大，工作點上移至M2，流量減小。B. 改變泵的轉(zhuǎn)速一改變泵的特性曲線C. 改變?nèi)~輪直徑一改變泵的特性曲線各種調(diào)節(jié)法的特點:A. 閥門調(diào)節(jié)法：簡便、快捷、可連續(xù)調(diào)節(jié)流 量。但該方法的本質(zhì)是改變管路阻力，當(dāng)關(guān)小 閥門調(diào)小流量時，造成所需壓頭的增加，且所 增壓頭作為閥門阻力損耗掉。B. 改變轉(zhuǎn)速或葉輪直徑法：一定調(diào)節(jié)范圍內(nèi) 可維持泵在高效區(qū)工作、不增加阻力損失。但 調(diào)節(jié)裝置較復(fù)雜且難以實現(xiàn)連

16、續(xù)調(diào)節(jié)。8）離心泵的允許安裝高度（計算的知識點）2Hg W-芽' Hfg（這個由伯努利方程推導(dǎo)）Hs為允許吸上真空度；Hg為允許安裝高度 例題 欲用離心泵將20C水以30m3/h的流量由 水池打到敝口高位槽，兩液面均保持不變，液面 高差為18m，泵的吸入口在水池液面上方 2m處。 泵的吸入管路全部阻力為1mH2O柱，壓出管路 全部阻力為3mH2O柱，泵的效率為0.6，求泵 的軸功率。若已知泵的允許吸上真空高度為 6m， 問上述安裝高度是否合適？（動壓頭可忽略）。 水的密度可取1000kg.m-3。若改為輸送80 °C 水，其他條件不變，泵的安裝高度是否合適？（80 C水的飽和

17、蒸汽壓為47.4Kpa）解：在水池液面1 1和敞口高位槽液面2-2間 列柏努利方程式，以1 1截面為基準面H »：Z ' Hu =18 1 3 = 22m泵的軸功率N.NHg/2(30/3600)1000 9.81 = 2997.5W H0.6泵的允許安裝高度U：wHg,允二 Hs,允Hfgu60" 5m - 2m2g' Hf,。為吸入管阻力Hg實:Hg允 安裝高度合適Hs|H改為輸送80 °C水驗值 Ha -10.33 -色©J100。 ,?g"丄c /47.4X1°°° CC 八. 1°

18、;°° -6 ° - (0.24)-1000X9.811000=1.4m : 2mHa為當(dāng)?shù)卮髿鈮海妹姿硎綡g實Hg允安裝高度不合適第三章非均相分離1）層流區(qū)的重力沉降速度2u,=u g18此式子非常重要，五星級，要記下，沉降速度與直徑的平方成正比，對直徑非常敏 感。適用條件：Rep<2。2）沉降室的分離條件旦Uo u即顆粒沉降所需的時間小于或等于顆粒通過沉 降室的時間。極限條件U =占5，降塵室最大的生產(chǎn)能力為：Hqv = u H B = L B ut = Aut沉降室生產(chǎn)能力只和底面積有關(guān)，而與降塵室高 度無關(guān)，如果把降塵室改為n層，則生產(chǎn)能力增

19、加n倍。qv = n Aut例題在除去某粒徑的顆粒時，若降塵室的高度 增加一倍，則沉降時間，氣流速度，生產(chǎn)能力。3）過濾速率的基本方程式2dVAC.p二 'r V VeY為濾餅的比阻，V為單位體積濾液產(chǎn)生的濾餅 體積，Ve為產(chǎn)生當(dāng)量厚度Le濾餅的虛擬濾液量。 由上式理解操作條件變化時，過濾速率如何變 化。4）掌握恒壓過濾的方程式由過濾的基本方程式，利用積分邊界條件，可推 出Ve2 =KApV2 2VVe = KA =（V Ve）2 二 KA2U V例題用板框過濾機恒壓差過濾鈦白（TiO2 ）水 懸浮液。過濾機的尺寸為：濾框的邊長 810mm（正方形），每框厚度42mm，共10個框?，F(xiàn)已

20、 測得：過濾10分鐘得濾液1.31 m3，再過濾10分 鐘共得濾液1.905m3。已知濾餅體積和濾液體積 之比v= 0.1，試計算：將濾框完全充滿濾餅所需 的過濾時間；解：過濾面積2 2A =10 0.812 =13.12m濾餅體積23Vs =10 0.810.042 =0.276m濾液體積V=Vs/ U =2.76m已知 ®=600sVi=1 31m3qi=0.1$=1200sV 2=1 905m3q2=0.1452根據(jù)恒壓過濾方程式2q 2qq°0.122 0.1qK6000.145222 0.1452qe 二 K1200解得K=2X10-5m2/Sqe=0.01（_2

21、76）2 . 20.01-二31213122423s =0.67h2X0#第四章傳熱1）傳熱的三種基本方式A 熱傳導(dǎo)-相互接觸的物體之間或物體各部分 之間因存在溫度差，借助分子、原子或自由電子 等的熱運動而引起的熱量傳遞。B.對流一不同溫度的流體各部分之間因發(fā)生相對運動而引起的熱量傳遞。C 由于物體自身溫度或熱運動的原因而激發(fā)產(chǎn) 生的電磁波傳遞。三種傳熱方式的機理2）熱傳導(dǎo)的計算：穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)的溫差與熱阻的 關(guān)系單層平壁：可見：導(dǎo)熱速率與傳熱推動力 笛_t2）成正比， 與傳熱阻力成R反比。多層平壁：Q_ £ 選選 _匕“4bi + b2 + b3 bl + b2 + b3'iA

22、 -2 A ' 3 A Z' i A / 3 A z 3 A多層平壁的熱阻為各層熱阻之和 為各層推動力之和。，總傳熱推動力傳熱速率=溫差熱阻例題 平壁穩(wěn)定傳熱過程，通過三層厚度相同的不同材料，每層間溫度變化如圖1所示，試判斷 '1, '2, '3的大小順序 ，以及每層熱阻的大小順序。3）流體在圓形直管內(nèi)強制湍流時的對流傳熱 系數(shù)（低粘度）Nu =0.023 Re0'8 Prn或者h= 0.023 Re0'8 Prn （di :管徑）dih與物性、u、d的關(guān)系例題（1） 一杯開水（100C）置于20C的靜止 空氣中，問杯子兩側(cè)流體的傳熱各屬

23、何種類型？ 哪一側(cè)熱阻大？（ 2）若將杯子浸在20C的冷水 中（兩流體不直接接觸），能否增強傳熱？理由？（3）仍置于空氣中，但使杯外的空氣流動，問能否增強傳熱？理由？ （ 4）對1的情況，現(xiàn)對 杯中流體加以攪動，問是否比 2、3兩種辦法有 效呢？4）黑度和吸收率在熱輻射中，可以把物體分為黑體、鏡體、透熱 體和灰體?；殷w的輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比, 稱為黑度，又稱為發(fā)射率?；殷w的輻射能力和吸收率的比值等于同溫度下 黑體的輻射能力-（克?；舴蚨桑┗殷w的吸收率，數(shù)值上等于同溫度下該體的黑 度，但物理意義完全不同 由克?；舴蚨煽芍矬w的吸收率愈大，其輻 射能力也愈大。5）列管換熱器殼程

24、加擋板的作用列管式換熱器中，殼程裝有折流擋板，當(dāng)兩流體 均無相變時，擋板能起強化傳熱的作用，其原因 是：（1）流速增大，使殼程 h增大；（2）流體大 部分橫穿流過管束，流道短，邊界層來不及發(fā)展， 因而邊界層薄，比順著管子縱向流動高；（3）流 體在折流檔板間穿行時，流向及流速都在不斷變 化，增強了人工擾動，強化了傳熱。6）消除列管換熱器熱應(yīng)力的方法消除列管換熱器溫差應(yīng)力常用的方法有三種， 即 在殼體上加 膨脹節(jié).米用浮頭式結(jié)構(gòu)或米 用U形管式結(jié)構(gòu)。7）強化傳熱的方法及原因換熱的強化，就是提高換熱器中冷，熱流體間的 傳熱速率。增加單位設(shè)備體積的傳熱面積增大平均傳熱溫差當(dāng)換熱器中兩流體均無相變時，應(yīng)盡可能采 用逆流的流向，以得到較大的傳熱溫差。提高傳熱系數(shù)增大值是在強化傳熱過程中應(yīng)該著重考慮的 方面。當(dāng)流體在圓形管內(nèi)作強制湍流時0.8 uT02流速對h的影響大于管徑的影響； 流速加倍，h不會成倍增加，增加74% 流速增加，阻力按流速平方增加； 增加流速即增加湍動程度，其它能增加湍動 程度的方法同樣可提高h值，例如在管內(nèi)加 麻花或選用螺紋管。8) 計算：總傳熱速率方程、熱量衡算方程、總 傳熱系數(shù)、平均溫差Q =WiCpi(Ti - T2)=W2Cp2 (t2 - t