熱工與流體力學第3章目錄CONTENCT熱工基礎概念及原理流體力學基本概念及原理熱工與流體力學在工程中應用實驗方法與技巧數值模擬在熱工與流體力學中應用總結與展望01熱工基礎概念及原理孤立系統(tǒng)封閉系統(tǒng)開放系統(tǒng)與外界沒有物質和能量交換的系統(tǒng)。與外界僅有能量交換而無物質交換的系統(tǒng)。與外界既有能量交換又有物質交換的系統(tǒng)。熱力學系統(tǒng)定義與分類狀態(tài)參數過程量狀態(tài)參數與過程量描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，如溫度、壓力、體積等。狀態(tài)參數的變化只與系統(tǒng)的始末狀態(tài)有關，與過程無關。描述系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中某一物理量的變化情況，如熱量、功等。過程量的變化與系統(tǒng)的變化過程有關。熱力學第一定律能量守恒定律熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與機械能或其他能量互相轉換，但是在轉換過程中，能量的總值保持不變。熱力學第一定律表達式Q=ΔU+W，其中Q表示熱量，ΔU表示系統(tǒng)內能的變化，W表示外界對系統(tǒng)所做的功。不可能從單一熱源取熱，使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響；或不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。在孤立系統(tǒng)中，一切不可逆過程必然朝著熵的不斷增加的方向進行。熵是描述系統(tǒng)無序度的物理量，熵增意味著系統(tǒng)的無序度增加。熱力學第二定律熵增原理熱力學第二定律的表述02流體力學基本概念及原理壓力與壓強浮力與阿基米德原理靜止流體中的壓力傳遞流體靜力學基礎流體靜力學中的浮力是指流體對浸在其中的物體產生的向上的力，其大小等于物體所排開的流體的重力，這就是著名的阿基米德原理。在靜止流體中，壓力傳遞遵循帕斯卡原理，即壓力在流體中均勻傳遞，且垂直于作用面。流體靜力學研究流體在靜止狀態(tài)下的壓力與壓強分布規(guī)律。

流體動力學基礎流動狀態(tài)與流線流體動力學研究流體在運動狀態(tài)下的各種性質。流體運動可分為層流和湍流兩種狀態(tài)，流線是用來描述流體運動狀態(tài)的幾何線。連續(xù)性方程連續(xù)性方程是流體動力學的基本方程之一，它表達了質量守恒定律，即單位時間內流入和流出控制體的質量差等于控制體內質量的增量。伯努利方程伯努利方程是流體動力學中描述理想流體在重力場中作穩(wěn)定流動時，具有壓力能、位能和動能三種形式能量之間相互轉換和守恒的規(guī)律。80%80%100%黏性流體運動特性黏性流體的內部存在黏性力，它是阻礙流體流動的阻力。黏度是衡量黏性力大小的物理量，它反映了流體的內摩擦力。牛頓內摩擦定律是描述黏性流體內部剪切應力與剪切速率之間關系的定律，它適用于牛頓流體。非牛頓流體的黏度不是常數，而是隨剪切速率的變化而變化。常見的非牛頓流體有塑性流體、假塑性流體和膨脹性流體等。黏性力與黏度牛頓內摩擦定律非牛頓流體的特性無黏性假設01理想流體是指無黏性的流體，即忽略流體內部黏性力的影響。這種假設在某些情況下可以簡化問題的分析。歐拉方程與拉格朗日法02歐拉方程是描述理想流體運動的基本方程之一，它以場的形式描述流體的運動狀態(tài)。拉格朗日法則是以質點的形式描述流體的運動狀態(tài)，適用于研究個別流體質點的運動軌跡和速度變化。渦旋運動與渦量03理想流體的運動可以是無旋的，也可以是有旋的。渦旋運動是指流體微團繞自身軸線的旋轉運動，渦量是描述渦旋運動強弱的物理量。理想流體運動特性03熱工與流體力學在工程中應用03傳熱過程強化與優(yōu)化采用擴展表面、提高表面?zhèn)鳠嵯禂?、改變流動狀態(tài)等方法強化傳熱過程，優(yōu)化傳熱性能。01傳熱方式熱傳導、熱對流、熱輻射及其在工程中的應用。02傳熱過程數學模型建立傳熱微分方程，確定初始條件和邊界條件，求解溫度場分布。傳熱過程分析及應用換熱器設計計算根據傳熱任務和設計要求，進行換熱器結構設計和參數計算。換熱器性能評價與優(yōu)化采用熱效率、傳熱系數等評價指標，對換熱器性能進行評估，提出優(yōu)化措施。換熱器類型與特點介紹各種換熱器的結構、工作原理及適用場合。換熱器設計與優(yōu)化流動阻力類型流動阻力計算及優(yōu)化措施分析沿程阻力和局部阻力的產生原因及影響因素。流動阻力計算采用經驗公式或數值模擬方法，計算管道或設備內的流動阻力。通過改變管道形狀、減少彎頭數量、降低流體粘度等方法，降低流動阻力，提高流體輸送效率。流動阻力優(yōu)化措施泵與風機類型與特點介紹各種泵與風機的結構、工作原理及適用場合。泵與風機選型計算根據流體輸送任務和設計要求，進行泵與風機的選型計算。泵與風機性能評估與優(yōu)化采用流量、揚程、功率等評價指標，對泵與風機性能進行評估，提出優(yōu)化措施。同時，考慮節(jié)能和環(huán)保要求，選擇高效、低噪音的泵與風機產品。泵與風機選型及性能評估04實驗方法與技巧用于測量流體的溫度，需根據實驗需求選擇合適的量程和精度，并掌握正確的使用方法。溫度計壓力計流量計用于測量流體的壓力，需了解不同類型的壓力計及其使用范圍，確保正確安裝和使用。用于測量流體的流量，需根據流體性質選擇合適的流量計類型，并掌握其安裝和使用方法。030201實驗儀器介紹和使用方法確保實驗數據的準確性和完整性，采用合適的采樣頻率和記錄方式，避免數據丟失或失真。數據采集對實驗數據進行整理、分析和解釋，運用合適的數學方法和工具，提取有用信息并得出結論。數據處理利用圖表、圖像等方式將數據呈現出來，便于觀察和分析數據的變化趨勢和規(guī)律。數據可視化數據采集和處理技巧誤差來源了解實驗誤差的來源，如儀器誤差、操作誤差、環(huán)境誤差等，以便進行針對性的分析和處理。誤差分析運用統(tǒng)計學方法對實驗數據進行誤差分析，計算誤差范圍并評估實驗結果的可靠性。實驗報告撰寫按照規(guī)范的格式和要求撰寫實驗報告，包括實驗目的、原理、步驟、結果、討論等部分，確保報告內容清晰、準確和完整。誤差分析和實驗報告撰寫05數值模擬在熱工與流體力學中應用123計算流體力學（CFD）是利用計算機進行數值模擬和圖像顯示，對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現象做出分析。CFD定義基于流動基本方程（質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程）控制，采用數值計算方法求解。CFD原理廣泛應用于航空航天、汽車、能源、化工、生物醫(yī)學等領域。CFD應用計算流體力學（CFD）簡介01020304FluentCFXStar-CCM+使用方法常見CFD軟件介紹和使用方法新一代CFD軟件，采用最先進的連續(xù)介質力學數值技術（CCM），具有無與倫比的性能和高度自動化。全隱式耦合算法、多網格技術，穩(wěn)健的數值方法和強大的前后處理功能，在旋轉機械、能源、石油化工等領域有著廣泛應用。國際流行的商用CFD軟件包，提供豐富的物理模型、先進的數值方法和強大的前后處理功能。建立幾何模型、劃分網格、設置邊界條件和初始條件、選擇求解器和設置求解參數、進行迭代計算并監(jiān)視計算過程、后處理和結果分析。優(yōu)化熱設計通過改變物體的形狀、材料或邊界條件等，優(yōu)化熱設計，提高傳熱效率。熱應力分析CFD模擬可以預測由于溫度梯度引起的熱應力，為結構安全性評估提供依據。預測溫度場分布通過CFD模擬，可以預測物體內部的溫度場分布，為熱設計提供依據。數值模擬在傳熱過程中的應用預測流場分布通過CFD模擬，可以預測流體在管道或設備內的流動狀態(tài)，包括速度、壓力等參數的分布。優(yōu)化流動設計通過改變管道形狀、調整閥門開度或添加導流裝置等，優(yōu)化流動設計，降低能耗和減少流動噪音。流動控制研究CFD模擬可以用于研究主動或被動流動控制方法的效果，如渦流發(fā)生器、附面層控制等。數值模擬在流動過程中的應用06總結與展望熱傳導基本定律對流傳熱原理輻射傳熱基礎流體力學基本概念關鍵知識點回顧包括傅里葉定律、熱傳導微分方程等，描述了熱量在物體內部的傳遞規(guī)律。涉及牛頓冷卻定律、對流換熱微分方程等，闡述了流體流過固體表面時的熱量傳遞過程。包括黑體輻射定律、普朗克定律等，解釋了物體通過電磁波傳遞熱量的現象。如連續(xù)性方程、伯努利方程等，揭示了流體靜力學和動力學的基本原理。未來熱工與流體力學的研究將更加注重學科交叉，探索新的理論和應用領域。熱工與流體力學的交叉研究隨著能源利用效