冶金傳輸原理總復習

1、1第一章動量傳輸?shù)幕靖拍?. 流體的概念物質不能抵抗切向力，在切向力的作用下可以無限地變形，這種變形稱為流動， 這類物質稱為流體，其變形的速度即流動速度與切向力的大小有關，氣體和液體都屬于流體。2連續(xù)介質流體是在空間上和時間上連續(xù)分布的物質。3流體的主要物理性質密度；比容（比體積）；相對密度；重度（會換算）4. 流體的粘性在作相對運動的兩流體層的接觸面上，存在一對等值而反向的作用力來阻礙兩相 鄰流體層作相對運動，流體的這種性質叫做流體的粘性，由粘性產生的作用力叫 做粘性力或內摩擦力。1）由于分子作不規(guī)則運動時，各流體層之間互有分子遷移摻混，快層分子進入 慢層時給慢層以向前的碰撞，交換能量，使

2、慢層加速，慢層分子遷移到快層時， 給快層以向后碰撞，形成阻力而使快層減速。這就是分子不規(guī)則運動的動量交換 形成的粘性阻力。2）當相鄰流體層有相對運動時，快層分子的引力拖動慢層，而慢層分子的引力 阻滯快層，這就是兩層流體之間吸引力所形成的阻力。5. 牛頓粘性定律在穩(wěn)定狀態(tài)下，單位面積上的粘性力（粘性切應力、內摩擦應力）為yxdVxA dyTx說明動量傳輸?shù)姆较颍▂向）和所討論的速度分量（x向）。符號表示動量是 從流體的高速流層傳向低速流層。動力粘度卩，單位Pas一 2 »運動粘度n，單位m/s。二匚例題1-16. 溫度對粘度的影響粘度是流體的重要屬性，它是流體溫度和壓強的函數(shù)。在工程常

3、用溫度和壓強范 圍內，溫度對流體的粘度影響很大，粘度主要依溫度而定，壓強對粘性的影響不 大。當溫度升高時，一般液體的粘度隨之降低；但是，氣體則與其相反，當溫度升高 時粘度增大。這是因為液體的粘性主要是由分子間的吸引力造成的，當溫度升高時，分子間的吸引力減小， 個就要降低；而造成氣體粘性的主要原因是氣體內 部分子的雜亂運動，它使得速度不同的相鄰氣體層之間發(fā)生質量和動量的交換， 當溫度升高時，氣體分子雜亂運動的速度加大，速度不同的相鄰氣體層之間的質 量和動量交換隨之加劇，所以個將增大。7牛頓流體和非牛頓流體凡是切應力與速度梯度的關系服從牛頓粘性定律的流體，均稱為牛頓流體。常見的牛頓流體有水、空氣等

4、，非牛頓流體有泥漿、紙漿、油漆、瀝青等。對于不符合牛頓粘性定律的流體，稱之為非牛頓流體。8. 作用在流體上的力可分為兩大類：表面力、質量力或者體積力。9. 控制體所謂控制體，就是流體在空間中通過其流動的一個區(qū)域。1.6衡算方程IP-OP+R= S第二章動量傳輸?shù)幕痉匠?.1流體運動的描述1研究流體運動的方法拉格朗日（Lagrange法及歐拉法。拉格朗日法的出發(fā)點是流體質點，即研究流體各個質點的運動參數(shù)隨時間的變化 規(guī)律，綜合所有流體質點運動參數(shù)的變化，便得到了整個流體的運動規(guī)律。 在研究流體的波動和振蕩問題時常用此法。歐拉法的出發(fā)點在于流場中的空間點，即研究流體質點通過空間固定點時的運動 參

5、數(shù)隨時間的變化規(guī)律，綜合流場中所有點的運動參數(shù)變化情況， 就得到整個流 體的運動規(guī)律。2. 穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動如果流場的運動參數(shù)不僅隨位置改變， 又隨時間不同而變化，這種流動就稱為非 穩(wěn)定流動；如果運動參數(shù)只隨位置改變而與時間無關， 這種流動就稱為穩(wěn)定流動。3. 跡線和流線、流束和流管(1) 跡線就是流體質點運動的軌跡線。跡線的特點是：對于每一個質點都有一 個運動軌跡，所以跡線是一族曲線，而且跡線只隨質點不同而異，與時間無關。(2) 流線是流場中某一瞬間的一條空間曲線，在該線上各點的流體質點所具有 的速度方向與曲線在該點的切線方向重合。流線有以下三個特征：1) 非穩(wěn)定流時，經過同一點的流線其

6、空間方位和形狀是隨時間改變的。2) 穩(wěn)定流動時，由于流場中各點流速不隨時間改變，所以同一點處的流線始終 保持不變，且流線上質點的跡線與流線相重合3) 流線不能相交也不能轉折。(3) 流管在流場內取任意封閉曲線I，通過曲線I上每一點連續(xù)地作流線，則 流線族構成一個管狀表面，叫流管。(4) 流束 在流管內取一微小曲面dA，通過dA上每個點作流線，這族流線叫做 流束。2.2連續(xù)性方程4#這就是流體的連續(xù)性方程。其物理意義是：流體在單位時間內流經單位體積空間輸出與輸入的質量差與其內部質量變化的代數(shù)和為零。對于不可壓縮流體，p常數(shù)5#CJC Q'#即為不可壓縮流體流動的空間連續(xù)性方程。 它說明單

7、位時間單位空間內的流體體 積保持不變。222 維總流的連續(xù)性方程pviAi= PV2A2對于不可壓縮流體，即p常數(shù)，則V1A1 = V2A2例 2-1,2-2 2.3理想流體動量傳輸微分方程一一歐拉方程_ 1 cp cicv,cv*Z= + 叫一 +v_-p czctexdz2.4實際流體動量傳輸方程一納維爾-斯托克斯方程2.5伯努利方程 1.理想流體的伯努利方程6pvjpv?Pi +號+卿產必+今十咤2實際流體的伯努利方程pvpyK-T+P&l =直+-PS6 + %g3伯努利方程的幾何意義和物理意義（一）幾何意義z是指流體質點流經給定點時所具有的位置高度，對水平圓管取其平均高度，即

8、軸線處所具有的高度。p是指流體質點在給定點的壓力（流體的壓強）；：v 2 表示流體質點流經給定點時，流體所具有的動能。伯努利方程中靜壓能、動能、 位能項的單位均為（Pa）.（二）物理意義:gz可看成是單位質量流體流經該點時所具有的位置勢能；p看成是單位質量流體流經該點時所具有的壓力能；內工 是單位質量流體流經給定點時的動能；h失是單位質量流體在流動過程中所損耗的機械能，稱能量損失。4實際流體總流的伯努利方程A +PE +0 牛=足+p曠+閔7#5熱氣體管道流動的伯努利方程3丹-幾J十學0鞏一 斗孕斗H（JS -人）+如譏JmTM相對于大氣的熱氣體管道流動的伯努利方程。由式可見，熱氣體的相對位能

9、隨高 度的減小而增大，這是因為熱氣體的自發(fā)運動方向朝上所至。v=v0（l+pr）1 +別式中/? = 1/273氣體的體相膨脹系數(shù)=用林升狀態(tài)卜的夠數(shù)計算.9#例題 2-3; 2-5第三章層流流動與湍流流動3.1流體的流動狀態(tài)流體運動的兩種狀態(tài)：層流和湍流(1)雷諾準數(shù)vd Re =vd#對光滑圓管的Rec=2300。即流體在圓管內流動：Re<2300為層流；Re>2300為湍流。當量直徑ds(2)雷諾準數(shù)的物理意義雷諾數(shù)通常是慣性力的典型大小與粘性力的典型大小的一種量度。雷諾數(shù)大，說明流體的慣性力大于流體的粘性力，愈易形成湍流；雷諾數(shù)小，說明流體的慣 性力小于流體的粘性力，愈易形

10、成層流。例3-1確定流動狀態(tài)及求流速3.2管道中的流動3.2.1管道中的層流流動3.2.1.3流速、流量和壓降.L 印2,64-p =d 2Re例3-2題，求摩擦壓力損失3.2.2管道中的湍流流動3.3 流動阻力與能量損失331流動阻力的分類可分為沿程阻力損失h摩和局部阻力損失h局兩種形式。（一）沿程阻力損失它是沿流動路程上由于各流體層之間的內摩擦而產生的流動阻力，因此也叫做摩擦阻力。在層流狀態(tài)下，沿程阻力完全是由粘性摩擦產生的。在湍流狀態(tài)下，沿 程阻力的一小部分由邊界層內的粘性摩擦產生， 主要還是由流體微團的遷移和脈 動造成?？朔爻套枇σ鸬哪芰繐p失稱為沿程阻力損失亦稱摩擦阻力損失，用h摩

11、表示。例3-2（二）局部阻力損失在邊壁尺寸急劇變化的流動區(qū)域,由于尾流區(qū)、旋渦區(qū)等分離現(xiàn)象的出現(xiàn)，使局部流動區(qū)域出現(xiàn)較集中的阻力,這種阻力稱為局部阻力?？朔植孔枇σ鸬哪芰繐p失稱為局部阻損。如管道中的彎頭、閥門、突然擴張、突然收縮等局部突然 變化區(qū)域存在局部阻力損失。Pv 2h局23.3.2沿程阻力損失（一）沿程阻力系數(shù)的影響因素層流流動時雷諾數(shù)較小，粘性力起著主導作用。層流的阻力也就是粘性阻力，僅 僅取決于Re,而與管壁粗糙度無關。湍流流動時雷諾數(shù)較大，其阻力由粘性阻力 和慣性阻力兩部分組成。粘性阻力仍然取決于雷諾數(shù)，而慣性阻力受壁面粗糙度 的影響較大。粗糙度對沿程阻力損失的影響不完全取決

12、于管壁表面粗糙突起的絕對高度，而是取決于它的相對高度，即粗糙突起的絕對高度與管徑D的比一 A值，稱為相對粗糙度。D（二）尼古拉茲曲線（三）莫迪圖沿程阻力損失系數(shù)入的確定層流：64A =Re湍流:333局部阻力損失流體流過各個接頭、閥實際的流體通道，除了在各直管段產生沿程阻力損失外, 門等局部障礙時都會產生一定的能量損失，即局部阻力損失3.4管路計算簡單管路的計算Amq 二'VA13#)PV2串聯(lián)管路計算qm - qm1二中2 八 iqv1 八 2Q/2#流量壓降并聯(lián)管路的計算Q總二 Qi Q2R = P2h失i = h失2v2r Ip< di丿 2第四章邊界層理論邊界層概念 在實

13、際的粘性流體流動中，無論 Re數(shù)多大，在物體表面上流體的速度為零（稱 為無滑移邊界條件），而在離開壁面僅一小距離處，流體速度就變到與遠方來流大體相等的速度。因此在壁面附近存在一個速度梯度很大的薄層區(qū)域，稱之為邊 界層。第六章 可壓縮氣體流動6.1可壓縮氣體的一些基本概念1.氣體的音速 k:絕熱指數(shù)，僅與氣體的分子結構有關，c單原子氣體 k=1.6雙原子氣體k=1.4 （氧氣等）多原子氣體k = 1.3 （過熱蒸汽等）干飽和蒸汽k = 1.135R 氣體常數(shù)R = 8314 / Mm2 /（S2k）M :氣體的分子量，不同的氣體 R不同。2馬赫數(shù)vMa =_cMavv 1(Vvv c)為不可壓縮

14、流體的流動MaV 1(VV c )為亞音速流動Ma=1 (V =c ) 為音速流動Ma> 1(V> c )為超音速流動例6-16.2 一元恒定等熵氣流的基本方程及流速公式工程中常見的是可壓縮氣體一元穩(wěn)定等熵流動。 所謂一元是指在與流動方向垂直 的截面上流動參數(shù)是均勻的，如果一元流動是穩(wěn)定的，則流動的參數(shù)僅是一個坐 標的函數(shù)。當高速氣流通過一很短的噴管時， 過程進行的時間很短，通過管壁散 失的熱量相對于流動的流體輸運的能量而言非常少，可以看作是絕熱流動。又因 為摩擦影響很小，可以近似地認為流動過程是可逆的。 因而流動很接近于等熵流 動。嚴 =常散旦=町*P斗覽常數(shù)P例6-26.3 元

15、恒定等熵氣流的基本特性1滯止狀態(tài)流動中某截面或某區(qū)域的速度等于零（處于靜止或滯止狀態(tài)），則此斷面上的參 數(shù)稱為滯止參數(shù)，用下角標 “（表示。2臨界狀態(tài)當一元恒定等熵氣流中某一截面上的氣流速度等于當?shù)匾羲贂r，該截面上的參數(shù)稱為臨界參數(shù)。臨界參數(shù)用下標“ *表示。3極限狀態(tài)如果一元恒定等熵氣流某一截面上的T= Q，則該截面上的氣流速度達到最大值Vmax。6.4氣流參數(shù)與流通截面的關系綜上所述，對于雙原子氣體欲使氣體從靜止加速到超音速，除了要滿足p/po<0.528的條件外，還應使（呈亞音速流動的） 氣體首先在一漸縮管里加速，然后 在最小截面上即喉部達到音速，再在最小截面下游加一漸擴管，使氣體

16、繼續(xù)加速 到超音速。這種能最大限度地將靜壓能轉換為動能的先收縮后擴張的噴管稱為拉 瓦爾噴管。6.5漸縮噴管與拉瓦爾噴管第八章相似原理與模型研究方法8.1相似的基本概念8.2流體流動過程中相似準數(shù)的導出8.3相似三定理1. 相似第一定理彼此相似的現(xiàn)象必定具有數(shù)值相同的相似準數(shù)2相似第二定理：凡同一種類現(xiàn)象，如果定解條件相似，同時由定解條件的物理 量所組成的相似準數(shù)在數(shù)值上相等，那么這些現(xiàn)象必定相似。相似第三定理描述某現(xiàn)象的各種量之間的關系可表示成相似準數(shù)之間的函數(shù)關 系式（準數(shù)方程式），即：F 1,2n = °第九章熱量的傳輸概論9.2熱量傳輸?shù)娜N方式熱量傳輸?shù)幕痉绞剑ǘx、基本定

17、律或公式及其應用、三者區(qū)別）即導熱，對流傳熱和輻射傳熱。1導熱（熱傳導）傅里葉定律q =次w/m2對流傳熱Q = h. ：tF wQwq2Fmt：當 tf -tw時；t 比-tw當tf <tw時;- tw - tf輻射傳熱E b 二二4W0T2mE - ； °T4w2 m例題9-19.3綜合傳熱和熱阻工程上經常遇到一種高溫流體將熱量通過固體壁面?zhèn)鬟f給壁面另一側低溫流體 的熱量傳遞形式，這種熱量傳遞過程稱為綜合傳熱過程。導熱熱阻-對流熱阻hF（現(xiàn)象舉例）第十章穩(wěn)態(tài)導熱10.1導熱的基本概念和定律dt/.dx概念：溫度場；穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱；等溫面（線）；溫度梯度；熱流量、熱通量 1

18、0.2導熱基本定律熱導率的物理意義Wm2沿熱流方向的單位長度上,溫度降低1攝氏度時通過單位面積的導熱量，其數(shù)值19的大小它反映了物質導熱能力的大小，是材料宏觀的物理性質，I越大，該物質的導熱能力就愈強。10.3導熱微分方程.:tCT2 2 2八 t .t t qv2)c :x :y :z2 +二2)+巫:y ；z?c無內熱源時，qvt:2t 2t2 2 2).r jl、 jl、jx y z若是穩(wěn)定態(tài)導熱亠；x2 : y2°.z2對于一維非穩(wěn)態(tài)導熱的微分方程為2t 二 a( :x20#2.4 通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱第一類邊界條件：表面溫度為常數(shù)1單層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱q = _ 生將史丄2

19、tw1代入得:dx dx 抵dw/ m2若平壁的側表面積為F則熱流量為:Q =q F w導熱熱阻#.多層平壁的導熱t(yī)w1tw1twn 1t tw 1wn 亠 1n、Rtn -1Rt第三類邊界條件（對流邊界，已知介質的溫度及換熱系數(shù)）dtdx 丄二 1h2無內熱源多層大平壁t f1 - t f2丄、h1i =1ih210.5通過圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱表面溫度為常數(shù)（第一類邊界條件）的一維穩(wěn)態(tài)導熱單層圓筒壁dtdr1qF =tw1 一 tw2 丄 2 二 rLrr1Const1221說明熱通量q不再是常數(shù)，而是半徑r的函數(shù)，但熱流量Q在r方向上處處仍為一常數(shù)twitw2w1'tw222#in

20、式中iq為單位時間內，單位管長的導熱量，亦為一常數(shù)，與 r無關2多層圓筒壁tw1 - twi -1di第三類邊界條件下的穩(wěn)態(tài)導熱（介質溫度為常數(shù)）1.單層圓筒壁twi tw2r2twi -tw2InQ22球丄r,#ri2- r2h?L1 in 2 - r1h1Ly 2二丄3.臨界絕熱直徑h21. 當d2V dc時：即當管外徑小于臨界絕熱直徑時，增加絕熱層厚度將使熱損 失增大，到dc時達到最大值，2. 繼續(xù)增加dx可使qL降低，到d3時使q l與沒加包扎層時的相同。3. 當dx >d3后增加包扎層厚度可使熱損失降低。4. 如果d2>dc則增加包扎層均可使熱損失減小。例題 10-1,1

21、0-2,10-3第十三章對流換熱13.1傳熱過程的一般分析13.1.1對流給熱過程簡介13.1.2對流換熱過程的分類對流換熱過程的分類按流體運動是否與時間相關可分為非穩(wěn)態(tài)對流換熱和穩(wěn)態(tài)對流換熱； 按流體運動的起因可分為自然對流換熱和強制對流換熱；按流體與固體壁面的接觸方式可分為內部流動換熱和外部流動換熱；按流體的運動狀態(tài)可分為層流流動換熱和湍流流動換熱；按流體在換熱中是否發(fā)生相變或存在多相的情況可分為單相流體對流換熱和多 相流體對流換熱。13.1.3換熱系數(shù)和換熱微分方程式牛頓冷卻定律（公式Q = :- A t Fwq = :- A tw13.1.4影響換熱系數(shù)的因素1流體流動的動力因素2流體

22、的流動狀態(tài)3流體的熱物性4換熱壁面的熱狀態(tài)5換熱壁面的幾何因素13.1.5對流傳熱的研究方法1）解析法2）數(shù)值法數(shù)值法3）比擬法4）實驗法13.1.6熱邊界層概念在y = 0處，t = t w , y =S處，t = t f,將溫度有明顯變化，厚度為 S t的這 一薄層稱為熱邊界層（或溫度邊界層）。并規(guī)定它們t -t w = 0.99 ( t -t f )處為熱邊界層的外緣TH弭定翊經"植訓嗨可77廳祁況龍：宀辰疔發(fā)，13.2對流傳熱的數(shù)學描述13.3對流傳熱的實驗研究方法Nu為努塞爾準數(shù)物理意義可理解為流體的導熱熱阻和其對流熱阻的比值，它反映了給定流場的對 流換熱能力與其導熱能力的

23、對比關系，其大小反映了對流傳熱能力的大小Nu中的l為流場的特征尺寸，I為流體的導熱系數(shù)；而 Bi中的I為固體系統(tǒng)的特征尺 寸, l為固體的導熱系數(shù)。顯然，這兩個準數(shù)的物理意義也各不相同，畢歐數(shù)所 表征的是物體與環(huán)境間的換熱能力與其自身的導熱能力之間的對比關系。強制對流傳熱m nNu = cRe xPr自然對流傳熱Nu = c (Gr XPr) n第十四章輻射傳熱14.1熱輻射基本概念1熱輻射的特點(1) 無須物體間的接觸(2) 絕對溫度在0(k)以上的物體均在不斷的向外輻射能量，即使兩物體的溫度 相同，亦是動態(tài)平衡。(3) 輻射換熱伴隨有能量的二次轉化。2吸收率、反射率、透射率GA /G =A

24、 叫物體的吸收率GR /G = R叫物體的反射率GD /G = D叫物體的透射率R=D=0 ； A = 1時，叫理想黑體，簡稱黑體A= D = 0 : R= 1 時，叫理想白體，簡稱白體A = R = 0 , D = 1時，叫透明體黑體、白體、透熱體都是理想化的物體，但工程中有些物體接近這些理想化的物 體。與顏色無關。3幾個重要的輻射參數(shù)輻射力、單色輻射力、方向輻射力和輻射強度14.2黑體輻射的基本定律1普朗克定律1 隨著溫度的升高，黑體的單色輻射力和輻射力迅速的增加。2 每一條曲線都有一峰值。在 =0和 s時，Eb.= 03 隨著溫度的增加，峰值(即黑體的最大單色輻射力Eb max)左移，即

25、向著波長較短的方向移動。維恩偏移定律：max T =2897.6 卩 m- K2. 斯蒂芬一波爾茨曼定律(四次方定律)4Eb = C0 (T/100)3. 蘭貝特定律(余弦定律)Eb 予 E bn COST14.3實際物體的輻射 黑度(輻射率、發(fā)射率)的概念E黑度的影響因素4.表面氧化層；5.1材料的物理性質；2表面粗糙度；3.溫度的影響較為復雜; 波長 基爾霍夫定律A = E/Eb=；14.4 角系數(shù)角系數(shù)及定義表面i發(fā)出而落在表面j上的能量離幵表面i的全部能量角系數(shù)的性質相對性沏2 F1=屮 21 F2完整性和分性n7 ijj 1"i1'ii in “'-jiFj '1iF'-；2iF23角系數(shù)的確定方法積分法代數(shù)分析法(1) 兩不可自見面組成的封閉空間(2) 一可自見面和一不可自見面組成的封閉系統(tǒng)(3) 兩可自見面組成的封閉系統(tǒng)(4) 三個不可自見面組成的封閉系統(tǒng)(5) 兩任意放置的不可自見面的非封閉系統(tǒng)14.5 兩表面間的輻射換熱1. 幾種輻射(1) 自身輻射E單位時間，單位表面積發(fā)出的輻射能叫物體的自身輻射，W/卅，即物體的輻射力。(2) 投來輻射G 單位時間，投射到單位面積上的輻射能。W/tf(3) 反射輻射RG單位時間，單位面積反射出的輻射能。即物體表面對投