重慶科技學(xué)院教案用紙PAGE第PAGE１８頁(yè)熱工基礎(chǔ)電子教案熱工基礎(chǔ)課程組編

第1章動(dòng)量傳輸?shù)?次課課題：緒論=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解冶金爐及其熱工理論知識(shí)。=2\*GB1⒉了解課程的性質(zhì)、基本要求、主要內(nèi)容、特點(diǎn)、教材與教參、成績(jī)?cè)u(píng)定。=3\*GB1⒊了解本教材所采用的單位制及坐標(biāo)系。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：國(guó)際單位制與工程單位制間的換算。難點(diǎn)：課程的總體介紹，能否激發(fā)學(xué)生的興趣。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：如何解釋教材名稱(chēng)、冶金爐、熱工、基礎(chǔ)的含義？=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《加熱爐》蔡喬方主編冶金工業(yè)出版社=2\*GB1⒉《冶金爐熱工與構(gòu)造》陳鴻復(fù)主編冶金工業(yè)出版社教材《冶金爐熱工基礎(chǔ)》蔣光羲編重慶大學(xué)出版社0緒論§0.1冶金爐及其分類(lèi)冶金爐：冶金生產(chǎn)中各種冶煉和加熱設(shè)備的統(tǒng)稱(chēng)。分類(lèi)：熔煉爐和加熱爐兩大類(lèi)。=1\*GB1⒈熔煉爐：完成物料的加熱和熔煉。特點(diǎn)：發(fā)生物態(tài)變化固液態(tài)物理化學(xué)變化原料與產(chǎn)品的性質(zhì)、化學(xué)成分截然不同冶金企業(yè)的熔煉爐有：=1\*GB3①煉鐵高爐：鐵礦石、焦碳、熔劑鐵水=2\*GB3②煉鋼轉(zhuǎn)爐、電弧爐：鐵水、廢鋼(合金化)鋼水鑄造化鐵爐：固液態(tài)=2\*GB1⒉加熱爐：完成物料的加熱。 特點(diǎn)：不發(fā)生物態(tài)變化，只改變其機(jī)械性能或物理化學(xué)性能。冶金企業(yè)的加熱爐有：=1\*GB3①均熱爐：鋼錠開(kāi)坯前加熱。=2\*GB3②軋鋼加熱爐：熱軋前鋼坯加熱。=3\*GB3③室狀爐、臺(tái)車(chē)式加熱爐等：鍛造前加熱。加熱目的：提高可塑性，減少壓力加工時(shí)的變形抗力。=4\*GB3④熱處理(淬火、回火、退火、滲碳等)爐加熱目的：改變其結(jié)晶組織，獲得所需的物理機(jī)械性能?！?.2冶金爐熱工理論(冶金熱能工程專(zhuān)業(yè))構(gòu)成爐子熱工理論的幾個(gè)方面：=1\*GB1⒈熱過(guò)程的熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律熱平衡 熱力學(xué)第二定律火用平衡 《工程熱力學(xué)》=2\*GB1⒉燃料燃燒析熱或電-熱能轉(zhuǎn)換的規(guī)律 《燃燒學(xué)》 《熱能轉(zhuǎn)換與利用》=3\*GB1⒊熱氣體流動(dòng)規(guī)律 《工程流體力學(xué)》=4\*GB1⒋爐內(nèi)及物料內(nèi)的復(fù)雜傳熱、傳質(zhì)過(guò)程的規(guī)律 《傳熱學(xué)》 《傳輸原理》=5\*GB1⒌爐子構(gòu)筑理論：筑爐材料及構(gòu)件在高溫下的損壞原因及其使用性能等。 《耐火材料》 《煉鐵設(shè)備》《煉鋼設(shè)備》以上這些基本規(guī)律運(yùn)用到具體爐子中并和該爐子工藝相結(jié)合就構(gòu)成了該爐子的熱工理論。=1\*DBNUM3一、課程性質(zhì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間的橋梁?；A(chǔ)課：高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)。=2\*DBNUM3二、課程內(nèi)容第一部分：傳輸原理(動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸) (1~3章)傳輸是指流體的(輸送、轉(zhuǎn)移、傳遞)的統(tǒng)稱(chēng)。的傳遞與輸送(規(guī)律、解析法一樣)傳輸原理(理論)冶煉過(guò)程：化學(xué)、物理過(guò)程。 《冶金反應(yīng)工程學(xué)》傳輸過(guò)程冶煉過(guò)程的物理過(guò)程(動(dòng)力學(xué))，不涉及化學(xué)反應(yīng)《冶金物理化學(xué)》(熱力學(xué)) 動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞的過(guò)程。 《現(xiàn)代冶金原理》舉例：高爐煉鐵的氣固兩相流動(dòng)。高爐強(qiáng)化冶煉，目的就是改善傳輸條件。轉(zhuǎn)爐煉鋼的氣液兩相流動(dòng)。轉(zhuǎn)爐底吹，目的也是改善傳輸條件?？傊?，傳輸理論已成為現(xiàn)代冶金爐熱工理論的基礎(chǔ)。第二部分：熱工計(jì)算 (4~7章)注意：本課程所論及的只是一些基本計(jì)算方法，各類(lèi)爐子的熱工計(jì)算及設(shè)計(jì)在課程設(shè)計(jì)及有關(guān)專(zhuān)業(yè)課中解決。第三部分：耐火材料(種類(lèi)、性能、選擇)作為專(zhuān)業(yè)任選課獨(dú)立設(shè)課。習(xí)題與思考題：加深對(duì)所學(xué)熱工理論的理解和應(yīng)用。集中實(shí)驗(yàn)：培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。課程設(shè)計(jì)：培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用熱工知識(shí)的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)（煉鐵）借助于計(jì)算機(jī) QB VB CAD氧槍設(shè)計(jì)（煉鋼）借助于計(jì)算機(jī) QB VB CAD=3\*DBNUM3三、課程特點(diǎn)難學(xué)：物理概念多；數(shù)學(xué)推導(dǎo)、計(jì)算復(fù)雜；(物理概念為主，數(shù)學(xué)為輔)重點(diǎn)掌握基本概念、基本計(jì)算方法。講授方法：重點(diǎn)—講授+作業(yè)，輔以習(xí)題課；難點(diǎn)—講授+思考題，輔以討論課。學(xué)習(xí)方法：上課認(rèn)真聽(tīng)講，課后認(rèn)真復(fù)習(xí)，認(rèn)真完成作業(yè)，不懂的即時(shí)解決，“勤學(xué)苦煉”=4\*DBNUM3四、參考書(shū)目《冶金爐熱工基礎(chǔ)》劉人達(dá)主編冶金工業(yè)出版社《冶金爐熱工與構(gòu)造》陳鴻復(fù)主編冶金工業(yè)出版社《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社期刊：《冶金能源》、《工業(yè)爐》、《工業(yè)加熱》、《耐火材料》=5\*DBNUM3五、教學(xué)目的使學(xué)生掌握冶金熱工理論的基本概念、基本定律及基本計(jì)算方法，理解強(qiáng)化冶金生產(chǎn)過(guò)程和改進(jìn)生產(chǎn)工藝的理論基礎(chǔ)，同時(shí)使學(xué)生具備初步分析和解決冶金生產(chǎn)工藝過(guò)程的熱工實(shí)際問(wèn)題的能力，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單爐子的設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)工藝要求選擇主要設(shè)備的筑爐材料。§0.3單位及單位制換算時(shí)注意：=1\*GB1⒈質(zhì)量1kgf=9.81N=2\*GB1⒉能量1kCal/h=(4.187/3600103)J/s=1.163W§0.4坐標(biāo)及坐標(biāo)系

第2次課課題：流體及其主要性質(zhì)=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解傳輸?shù)姆诸?lèi)；流體的基本特性；氣體狀態(tài)方程。=2\*GB1⒉掌握流體的主要特性、狀態(tài)方程的應(yīng)用。=3\*GB1⒊了解流體的粘性及粘性力；理解粘性動(dòng)量傳輸及粘性動(dòng)量通量。=4\*GB1⒋掌握牛頓粘性定律及應(yīng)用；粘性系數(shù)的單位、物理意義、影響因素。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：氣體狀態(tài)方程、牛頓粘性定律。難點(diǎn)：應(yīng)用、概念的理解和掌握。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：=1\*GB3①不同狀態(tài)方程中R的含義及單位；=2\*GB3②牛頓粘性定律符號(hào)的取法？P1121.8.11.與17.(選作題)18=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-1-1圖1-1-2第一部分：傳輸原理(1~3章)動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸同時(shí)存在，動(dòng)量傳輸是最基本的傳輸過(guò)程，例如：煉鐵高爐內(nèi)氣-固兩相流動(dòng)、煉鋼轉(zhuǎn)爐內(nèi)氣液兩相流動(dòng)對(duì)冶煉過(guò)程有很大的影響。傳輸按其產(chǎn)生和存在的條件可分為：第1章動(dòng)量傳輸實(shí)質(zhì)：流體流動(dòng)過(guò)程中力、能平衡問(wèn)題；相互平衡相互轉(zhuǎn)換?！?.1流體的主要性質(zhì)流體：自然界中能夠流動(dòng)的物質(zhì)，如液體和氣體?；咎匦裕毫鲃?dòng)性(剪切力作用下連續(xù)變形) 壓縮性(膨脹性) 粘性(阻滯流動(dòng)的性質(zhì)) 連續(xù)性1.1.1流體的壓縮性及膨脹性=1\*GB1⒈流體的密度、重度及比容密度：(均質(zhì))，(非均質(zhì))，kg/m3重度：，N/m3比容：，m3/kg工程單位制中1kgf=國(guó)際單位制中1kg 國(guó)際單位制中=工程單位制中應(yīng)用：密度與重度之間的換算。[例1-1-1]P5=2\*GB1⒉液體的壓縮性及膨脹性液體分子距離較近，壓縮時(shí)，排斥力增大，難以壓縮；T，略有膨脹，膨脹系數(shù)<1/1000。 V受T、P的影響不大，不可壓縮流體。=3\*GB1⒊氣體的壓縮性及膨脹性氣體分子間距較大，吸引力較小，V受T、P的影響較大。對(duì)于理想氣體而言，的關(guān)系可用狀態(tài)方程表示，即=1\*GB2⑴密度kg/m3式中P絕對(duì)壓力，Pa；R氣體常數(shù)；熱力學(xué)溫度，K。=2\*GB2⑵，等溫壓縮，=3\*GB2⑶，恒壓膨脹式中VttC下的比容；V0標(biāo)態(tài)比容；氣體膨脹系數(shù)。kg/m3N/m3G千克氣體體積m3流量 m3/s熱氣體流動(dòng)情況下流速 m/s=4\*GB2⑷氣體在絕熱狀態(tài)下壓縮時(shí)氣體1.1.2流體的粘性=1\*GB1⒈流體的粘性及粘性力粘性：阻滯流動(dòng)的性質(zhì)。產(chǎn)生原因：流體分子間的內(nèi)聚引力和分子的熱運(yùn)動(dòng)。粘性力的建立過(guò)程：圖1-1-2P7流體流層間產(chǎn)生切應(yīng)力的現(xiàn)象流體的粘性；切應(yīng)力粘性力=2\*GB1⒉牛頓粘性定律表述：流體的粘性力F與速度W0成正比，與兩平板間距離H成反比，與接觸面積A成正比。 任意兩流層 N單位面積上的粘性力(切應(yīng)力)N/m2式中x流向；y速度變化方向；速度梯度，速度增大方向?yàn)檎?單位距離上的速度變化量)式中正負(fù)號(hào)的出現(xiàn)是為了保證yx為正。圖1-1-1取正：動(dòng)量傳遞方向與y相同 圖1-1-2取負(fù)：動(dòng)量傳遞方向與y相反柱坐標(biāo)系下的F表達(dá)式？N=3\*GB1⒊粘性系數(shù)動(dòng)力粘性系數(shù)，動(dòng)力粘度。=1\*GB2⑴單位：=2\*GB2⑵物理意義：時(shí)，單位面積下的粘性力，流體阻滯流動(dòng)的能力，，阻滯作用。運(yùn)動(dòng)粘度m2/s=3\*GB2⑶影響因素=1\*GB3①流體種類(lèi)=2\*GB3②溫度液體：分子間內(nèi)聚力為主。溫度，間隙，內(nèi)聚力，。氣體：分子熱運(yùn)動(dòng)。溫度，熱運(yùn)動(dòng)加劇，。單一氣體 Pas式中00C時(shí)的粘度；T絕對(duì)溫度，K；C實(shí)驗(yàn)常數(shù)，查表。混合氣體煙氣(CO2、H2O、N2、O2)式中aii組分的體積百分?jǐn)?shù)；分子量；ii組分粘度。=4\*GB1⒋粘性動(dòng)量傳輸及動(dòng)量通量從粘性力的建立過(guò)程來(lái)看，由于流體粘性作用流體流層間出現(xiàn)速度差。由于分子熱運(yùn)動(dòng)、分子內(nèi)聚力流體流層間產(chǎn)生動(dòng)量交換流層間產(chǎn)生切應(yīng)力(粘性力)。動(dòng)量交換過(guò)程是由流體的粘性構(gòu)成的粘性動(dòng)量傳輸(物性傳輸)。動(dòng)量通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)單位面積所傳遞的動(dòng)量，相當(dāng)于單位面積上的作用力。粘性動(dòng)量通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)單位面積所傳遞的粘性動(dòng)量，亦即單位面積上的粘性力(切應(yīng)力)。Pa式中yxx高速流層向低速流層的傳遞；低速向高速為正；動(dòng)量梯度(單位距離上的動(dòng)量變化量)。運(yùn)動(dòng)粘度：=1\*GB2⑴單位：=2\*GB2⑵物理意義：?jiǎn)挝幻娣e上的粘性力，阻滯流動(dòng)的能力。=3\*GB2⑶影響因素：=1\*GB3①流體種類(lèi)=2\*GB3②溫度粘性動(dòng)量與粘性力的不同之處？傳遞方向 高速流層向低速流層(y)；流體流向(x)快速流層與流向相反；慢速流層，相同。=5\*GB1⒌牛頓流體及非牛頓流體牛頓流體：符合牛頓粘性定律的流體；例如：所有氣體、水及甘油等。非牛頓流體：不符合牛頓粘性定律的流體；例如：水煤漿、石灰等。=6\*GB1⒍理想流體(=0及粘性流體(0) 理想氣體？忽略分子間的引力補(bǔ)充例題：[例1]混合氣體的計(jì)算。天然氣燃燒的煙氣成分為：CO2=8.8%,H2O=17.4%,N2=72.1%,O2=1.7%；煙氣的密度=1.24kg/m3。試計(jì)算煙氣在819℃時(shí)的粘度。解：（1）按（1-1-18b）式計(jì)算各組分在819℃時(shí)的動(dòng)力粘度：(查附表4P312)按（1-1-19）式計(jì)算煙氣的粘度：(M值由附表4查得)煙氣的運(yùn)動(dòng)粘度為：[例2]牛頓粘性定律的應(yīng)用。設(shè)汽缸內(nèi)壁直徑D=20㎝，活塞外徑d=19.96㎝，活塞長(zhǎng)度L=25㎝，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為W=1.2m/s，潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度μ=0.12kg/m.s，試計(jì)算活塞的作用力。解：汽缸壁上油層的速度為零，活塞表面油的速度為1.2m/s，因間隙很小，設(shè)線性分布，則用（1-1-16b）式計(jì)算：?jiǎn)挝幻娣e上的粘性力（活塞傳給油的動(dòng)量通量）活塞的總作用力：接觸面積總作用力：反之，已知F→τ→μ

第3次課課題：流體及其主要性質(zhì)流體運(yùn)動(dòng)的基本特性=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈理解流體上的作用力、能量、動(dòng)量之間的關(guān)系。=2\*GB1⒉了解流體流動(dòng)的分類(lèi)。=3\*GB1⒊掌握層流、紊流、雷諾準(zhǔn)數(shù)的表達(dá)式及物理意義=4\*GB1⒋了解紊流特征。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：流體流動(dòng)的兩種狀態(tài)。難點(diǎn)：層流、紊流的理解。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11216=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-2-1圖1-2-21.1.流體上的作用力、能量、動(dòng)量作用力：表面力(作用在流體表面上，且與表面積成比例的力)和體積力(作用在流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)上，與流體質(zhì)量成比例的力)能量作用力動(dòng)量由以上分析可知：=1\*GB2⑴mw/A=作用力/A=能量/V=2\*GB2⑵作用力、能量、動(dòng)量是同類(lèi)物理量的不同表現(xiàn)形式。相互平衡、傳遞及轉(zhuǎn)換，流體的動(dòng)量傳輸也就是力、能的平衡與轉(zhuǎn)換的過(guò)程?！?.2流體運(yùn)動(dòng)的基本特征流體的運(yùn)動(dòng)特性，主要是指流體在流動(dòng)條件下，其所具有的相關(guān)物理量在空間和時(shí)間上的變化特性—流場(chǎng)特征。1.2.1流體流動(dòng)的分類(lèi)1.2.2流體流動(dòng)的兩種狀態(tài)=1\*GB1⒈流動(dòng)狀態(tài)層流：所有流體質(zhì)點(diǎn)只作沿同一方向的直線運(yùn)動(dòng)，無(wú)橫向運(yùn)動(dòng)。如國(guó)慶大閱兵。紊流：流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)(湍流)。如自由市場(chǎng)。從層流到紊流之間，一般稱(chēng)為過(guò)渡狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)觀察：圖1-2-1P11有利于紊流的形成。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，雷諾提出了確定兩種狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變的條件，雷諾準(zhǔn)數(shù)Re臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)為Rec：流體流動(dòng)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的雷諾準(zhǔn)數(shù)Re。層流紊流Rec上=13800；紊流層流Rec下=2300。一般取Rec=2300。=2\*GB1⒉管流速度分布層流：拋物線分布。紊流：速度分布與Re有關(guān)。圖1-2-2P13=3\*GB1⒊紊流特征脈動(dòng) 紊流流動(dòng)時(shí)僅考慮時(shí)均速度、、。補(bǔ)充例題：流動(dòng)狀態(tài)的判斷。設(shè)水及空氣分別在內(nèi)徑d=80㎜的管中流過(guò)，兩者的平均流速相同，均為W=0.3m/s，已知水及空氣的動(dòng)力粘度各為μ水=0.0015kg/m.s，μ空氣=17×10-6kg/m.s又知水及空氣的密度各為ρ水=1000kg/m3ρ空氣=1.293kg/m3，試判斷兩種流體的流動(dòng)狀態(tài)。解：按（1-2-1）式計(jì)算得：水的數(shù)：紊流空氣的數(shù)層流{Re<Rec層流Re>Rec紊流}

第4次課課題：流體運(yùn)動(dòng)的基本特性=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解連續(xù)介質(zhì)、質(zhì)點(diǎn)、微團(tuán)、控制體的概念。=2\*GB1⒉了解流場(chǎng)的分類(lèi)，掌握歐拉法、拉格朗日法、流線概念。=3\*GB1⒊了解流體流量的表示方法。=4\*GB1⒋掌握梯度、散度、旋度的定義、定義式、物理意義。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：流場(chǎng)的研究方法。難點(diǎn)：梯度、散度、旋度的理解。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11212.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-2-41.2.3連續(xù)介質(zhì)、質(zhì)點(diǎn)、微團(tuán)、控制體=1\*GB1⒈連續(xù)介質(zhì)及質(zhì)點(diǎn)連續(xù)介質(zhì)：將流體視為整體，內(nèi)部不存在空隙的介質(zhì)，由流體密度的定義加以說(shuō)明。圖1-2-4P14流體看成是由質(zhì)點(diǎn)在空間連續(xù)排列而無(wú)空隙。質(zhì)點(diǎn)：定義流體密度的最小體積單元，均性特征。=2\*GB1⒉流體微團(tuán)及控制體流體微團(tuán)(元體、微元體)：由質(zhì)點(diǎn)組成、比質(zhì)點(diǎn)稍大的流體單元，均性特征。微團(tuán)：建立微分方程，微分解法?？刂企w：流場(chǎng)中某一確定的空間區(qū)域由微團(tuán)組成，非均性特征控制體建立積分方程，積分解法或近似積分解法。1.2.4流體運(yùn)動(dòng)的研究方法=1\*GB1⒈流場(chǎng)的定義=2\*GB1⒉流場(chǎng)的研究方法=1\*GB2⑴歐拉法同一瞬間全部流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參量來(lái)描述，時(shí)間推進(jìn)。式中u速度W、壓力P、密度等。=2\*GB2⑵拉格朗日法某個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參量隨時(shí)間的變化規(guī)律為式中a，b，c，某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置，質(zhì)點(diǎn)疊加，拉格朗日變數(shù)，x，y，,z是a，b，c，的函數(shù)。=3\*GB1⒊流場(chǎng)的分類(lèi)=1\*GB2⑴物理量是否隨時(shí)間變化穩(wěn)定流場(chǎng)：，，無(wú)質(zhì)量(動(dòng)量)蓄積不穩(wěn)定流場(chǎng)：，，有質(zhì)量(動(dòng)量)蓄積=2\*GB2⑵物理量的性質(zhì)：=3\*GB2⑶空間：一維 二維 三維流場(chǎng)=4\*GB1⒋流線及跡線跡線：流體質(zhì)點(diǎn)在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡。拉格朗日法分析流場(chǎng)。流線：同一瞬間各流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的總和(速度向量所構(gòu)成的直線)。歐拉法分析流場(chǎng)性質(zhì)：穩(wěn)定流動(dòng)：重合=5\*GB1⒌觀察流體運(yùn)動(dòng)的方法流動(dòng)顯示技術(shù)1.2.5流體的流量及流速體積流量V 質(zhì)量流量M 重量流量G m3/s kg/s N/s 微元面流量 斷面流量平均流速，m/s。1.2.6梯度、散度、旋度=1\*GB1⒈梯度定義：表示各物理量隨空間位置變化的程度，場(chǎng)中某一物理量在空間上取值最大的方向?qū)?shù)(單位距離上的變化量，即最大變化率)。定義式：式中f(u)速度、溫度、濃度梯度是矢量，增值方向?yàn)檎?2\*GB1⒉散度定義：散度是表示流體體積膨脹或收縮速率，即單位體積流體的體積流量。定義式： ，通量說(shuō)明：=1\*GB2⑴散度是標(biāo)量 =2\*GB2⑵各方向分速度在該方向上的變率之和=3\*GB2⑶，，連續(xù)性方程=4\*GB2⑷判斷流場(chǎng)是否連續(xù)（存在）的依據(jù)。=3\*GB1⒊旋度定義：表示流體旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的一個(gè)運(yùn)動(dòng)參量，即單位面積上的環(huán)量(渦量)。定義式： ，環(huán)量(角速度) 說(shuō)明：=1\*GB2⑴旋度是矢量。=2\*GB2⑵判斷流動(dòng)是否有旋的依據(jù)。二維[例1-2-1]P23

第5次課課題：流體運(yùn)動(dòng)的基本特性=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解流函數(shù)及其物理意義。=2\*GB1⒉掌握、的存在條件以及與質(zhì)點(diǎn)速度的關(guān)系。=3\*GB1⒊掌握、的換算。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：、的存在條件以及與質(zhì)點(diǎn)速度的關(guān)系。難點(diǎn)：、的換算。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11213.14=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-2-19圖1-2-221.2.7流函數(shù)=1\*GB1⒈流線微分方程定義：流線的函數(shù)表達(dá)式，即流函數(shù)。圖1-2-19P24流線微分方程流管：由無(wú)數(shù)根流線所構(gòu)成的，截面為一封閉曲線的空間，有效截面或過(guò)流截面。特性：=1\*GB2⑴沒(méi)有流體通過(guò)流管的表面流入或流出。=2\*GB2⑵質(zhì)量流量不變(M不變)。=2\*GB1⒉流函數(shù)已知流線微分方程式為 即積分 流函數(shù)根據(jù)全微分的定義： 流函數(shù)存在的條件：流場(chǎng)是否連續(xù) 連續(xù)函數(shù)、混合導(dǎo)數(shù)與次序無(wú)關(guān)。圖1-2-22P25流函數(shù)的物理意義：任何一條流線與零值流線之間流體的流量就等于該流線的流函數(shù)。[例1-2-2]P25流函數(shù)-渦量法？1.2.8勢(shì)函數(shù)=1\*GB1⒈勢(shì)流定義：沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)， 特征：=2\*GB1⒉勢(shì)函數(shù)等勢(shì)線(等速線)：速度相等的點(diǎn)連成的線。勢(shì)函數(shù)：等勢(shì)線的函數(shù)表達(dá)式 全微分： 勢(shì)函數(shù)存在的條件： 連續(xù)函數(shù)： =3\*GB1⒊勢(shì)函數(shù)與流函數(shù)的正交性滿(mǎn)足正交條件流線及等勢(shì)線構(gòu)成的正交網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)正交性原則：已知，求(判斷存在否？)已知，求(判斷存在否？)[例題1-2-4]P27

第6次課課題：動(dòng)量傳輸?shù)幕径?1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握粘性動(dòng)量傳輸、粘性動(dòng)量通量及其表達(dá)式。=2\*GB1⒉掌握對(duì)流動(dòng)量傳輸、對(duì)流動(dòng)量通量及其表達(dá)式。=3\*GB1⒊掌握不同情況下連續(xù)性方程的表達(dá)式及應(yīng)用。=4\*GB1⒋掌握N-S方程的物理意義。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：連續(xù)性方程的表達(dá)式及應(yīng)用。難點(diǎn)：N-S方程的建立。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11322.25.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-3-1圖1-3-4圖1-3-6§1.3動(dòng)量傳輸?shù)幕径蓜?dòng)量傳輸?shù)幕径墒茄芯苛黧w在動(dòng)量傳輸過(guò)程中最根本的規(guī)律。牛頓粘性定律連續(xù)性方程質(zhì)量平衡方程N(yùn)-S方程粘性流體動(dòng)量平衡方程歐拉方程理想流體動(dòng)量平衡方程伯努力方程理想流體、穩(wěn)定流體、流體的能量平衡方程靜力平衡方程靜止流體的能量平衡方程通量1.3.1流體質(zhì)量平衡方程式連續(xù)性方程質(zhì)量傳輸過(guò)程：物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)移過(guò)程，它是動(dòng)量傳輸?shù)幕A(chǔ)，質(zhì)量傳輸就是質(zhì)量平衡。質(zhì)量平衡或物質(zhì)平衡(質(zhì)量守恒)的含義：流體流過(guò)一定空間時(shí)，流體的總質(zhì)量不變，兩種情況：=1\*GB2⑴穩(wěn)定流動(dòng)：[物質(zhì)的流入量]=[物質(zhì)的流出量](A)=2\*GB2⑵不穩(wěn)定流動(dòng)：[物質(zhì)的流入量][物質(zhì)的流出量]=[物質(zhì)的蓄積量](B)建立質(zhì)量平衡方程的方法：元體平衡法。在流場(chǎng)中取一平行六面體dxdydz，如圖1-3-1P28所示。單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)A面、B面的流體質(zhì)量：x方向：流入量與流出量之差為(1)同理y方向：流入量與流出量之差為(2)z方向：流入量與流出量之差為(3)總的流入量與流出量之差為(1)+(2)+(3)單位單間內(nèi)元體質(zhì)量的蓄積：質(zhì)量在單位時(shí)間內(nèi)的變化，即按質(zhì)量平衡(B)得：——可壓縮流體、不穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程。穩(wěn)定流動(dòng)：即——可壓縮流體、穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程：則——不可壓縮流體的連續(xù)性方程，流體作為連續(xù)介質(zhì)是否連續(xù)分布的條件。管流：由無(wú)數(shù)流管組成，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則——穩(wěn)定流動(dòng)、可壓縮流體的一維管流連續(xù)性方程。則——穩(wěn)定流動(dòng)、不可壓縮流體的一維管流連續(xù)性方程。結(jié)論：穩(wěn)定流動(dòng)的管流流體流過(guò)任一截面的體積流量()或質(zhì)量流量不變()，也就是質(zhì)量守恒定律在流體流動(dòng)過(guò)程的具體體現(xiàn)。應(yīng)用：[例題1-3-1]P30M、V與w、A的換算。粘性流體動(dòng)量平衡方程式納維-斯托克斯方程（Navier-Stokes

equations）描述粘性不可壓縮流體動(dòng)量守恒的運(yùn)動(dòng)方程。1821年由.納維和1845年由.斯托克斯分別導(dǎo)出。簡(jiǎn)稱(chēng)N-S方程。=1\*GB1⒈動(dòng)量平衡的定義流體在流動(dòng)過(guò)程中遵守能量守恒定律，稱(chēng)為能量平衡。根據(jù)牛頓第二定律： 作用力的合力=單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)：[動(dòng)量傳入量][動(dòng)量傳出量]+[系統(tǒng)作用力的總和]=0(A)對(duì)于不穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)：[動(dòng)量傳入量][動(dòng)量傳出量]+[系統(tǒng)作用力的總和]=[動(dòng)量蓄積量](B)動(dòng)量收支差量=2\*GB1⒉動(dòng)量傳遞方式=3\*GB1⒊作用力的形式=4\*GB1⒋動(dòng)量平衡方程的推導(dǎo)在流場(chǎng)中取一微元體，對(duì)所取的微元體建立動(dòng)量平衡，即得N-S方程。圖1-3-4P28=1\*GB2⑴對(duì)流動(dòng)動(dòng)量收支差量在直角坐標(biāo)系中由于有三個(gè)方向的分速度，所以共有九個(gè)動(dòng)量通量。以wx為準(zhǔn)：動(dòng)量通量 動(dòng)量通量收支差量為x方向的速度、x方向的動(dòng)量通量對(duì)流動(dòng)量收支差量為同理，以wx為準(zhǔn)，y方向、z方向的對(duì)流動(dòng)量收支差量： 以wx為準(zhǔn)，元體對(duì)流動(dòng)量收支差量為同理，以wy、wz為準(zhǔn)，元體對(duì)流動(dòng)量收支差量為wxwy、wz=2\*GB2⑵粘性動(dòng)量收支差量粘性動(dòng)量通量同樣由九個(gè)分量組成。以wx為準(zhǔn)，C、D面上的粘性動(dòng)量通量為粘性動(dòng)量通量收支差量 粘性動(dòng)量收支差量 同理，wx在y、x方向的粘性動(dòng)量收支差量分別為以wx為準(zhǔn)，元體粘性動(dòng)量收支差量為同理，以wy、wz為準(zhǔn)的粘性動(dòng)量收支差量為xy、z牛頓流體：=3\*GB2⑶作用力的總和圖1-3-6P35x方向：PAx方向合壓力為x方向的總壓力為同理，y、z方向的總壓力為xy、z重力=4\*GB2⑷動(dòng)量蓄積量單位時(shí)間內(nèi)元體動(dòng)量的變化量：x方向 y方向wxwy z方向wxwz=5\*GB1⒌動(dòng)量平衡方程式將以上式子代入(B)式，整理得：(1-3-10)N-S方程P32簡(jiǎn)化：=1\*GB2⑴，牛頓粘性定律=2\*GB2⑵，連續(xù)性方程(1-3-11a)P32=6\*GB1⒍動(dòng)量平衡方程的討論=1\*GB2⑴物理意義式中單位時(shí)間、單位體積流體的動(dòng)量變化量，；……對(duì)流動(dòng)量；……粘性動(dòng)量；單位體積流體上的壓力，N/m3；重力。方程的物理意義：運(yùn)動(dòng)的流體能量守恒的表現(xiàn)。全微分 式中慣性力；粘性力；壓力；重力；其單位均為N/m3。由此可見(jiàn)，流體在運(yùn)動(dòng)中以作用力及動(dòng)量形式表現(xiàn)能量平衡關(guān)系是統(tǒng)一的。=2\*GB2⑵適用條件粘性流體、不穩(wěn)定流動(dòng)、不可壓縮體(元體范圍內(nèi))、層流流動(dòng)。

第7次課課題：動(dòng)量傳輸?shù)幕径?1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解歐拉方程的適用條件，伯努利方程微分式的物理意義。=2\*GB1⒉掌握伯努利方程積分式的形式，適用條件，物理意義。=3\*GB1⒊掌握管流伯努利方程式的應(yīng)用。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：管流伯努利方程式的應(yīng)用。難點(diǎn)：管流伯努利方程式的應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11327.28.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-3-7圖1-3-81.3.3理想流體動(dòng)量平衡方程式歐拉方程（Eularequations）理想流體：沒(méi)有粘性的流體，。實(shí)際流體都具有粘性，提出理想流體的意義何在？簡(jiǎn)化：①時(shí)，N-S方程簡(jiǎn)化為歐拉方程(1-3-12a)P36②穩(wěn)定流動(dòng)，(1-3-12b)③單位質(zhì)量流體(1-3-12c)歐拉方程適用條件：理想流體、穩(wěn)定流動(dòng)、不可壓縮流體(元體范圍內(nèi))。1.3.4歐拉方程的簡(jiǎn)化伯努利方程（Bernoulliequations）=1\*GB1⒈伯努利方程式的微分式在流場(chǎng)中，流體質(zhì)點(diǎn)于流線方向上具有一維流動(dòng)的特征，對(duì)于理想流體，在穩(wěn)定流動(dòng)的條件下，沿流線方向作一維流動(dòng)的動(dòng)量平衡方程式可由歐拉方程簡(jiǎn)化處理。處理過(guò)程中用到兩個(gè)概念。=1\*GB3①全微分根據(jù)全微分的定義，在穩(wěn)定流動(dòng)下，有：同時(shí)，則=2\*GB3②則 理想流體、穩(wěn)定流動(dòng)、沿流線方向的歐拉方程式，稱(chēng)為伯努利方程式的微分式。=2\*GB1⒉伯努利方程式=1\*GB2⑴方程式的導(dǎo)出由伯努利方程的積分式來(lái)確定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)量平衡關(guān)系：圖1-3-7P38或=2\*GB2⑵方程式的討論適用條件：理想流體、穩(wěn)定流動(dòng)，不可壓縮流體、沿流線方向。物理意義：=1\*GB3①單位：機(jī)械能守恒定律的體現(xiàn)。 =2\*GB3② =3\*GB3③各個(gè)能量之間可以相互轉(zhuǎn)換，對(duì)理想流體而言，其總和不變，粘性流體在流動(dòng)過(guò)程中存在能量損失—靜壓能的降低。=3\*GB1⒊伯努利方程式在管流中的應(yīng)用圖1-3-8P39一般管流的伯努利方程為限制條件：理想流體、穩(wěn)定流動(dòng)、不可壓縮流體、沿流線方向。對(duì)于實(shí)際流體：式中能量損失式中Pa.。伯努利方程應(yīng)用于管流時(shí)的幾點(diǎn)說(shuō)明：=1\*GB2⑴管道平直、流動(dòng)為緩變流(流線趨于直線且平行)。反之，為急變流。=2\*GB2⑵關(guān)于動(dòng)能的計(jì)算式中動(dòng)能修正系數(shù)，。實(shí)際管流的伯努力方程應(yīng)為=3\*GB2⑶應(yīng)用管流伯努力方程應(yīng)注意：=1\*GB3①適用條件：理想流體、穩(wěn)定流動(dòng)、不可壓縮流體、沿流線方向、緩變流。=2\*GB3②工程上大多數(shù)都是紊流，1.0。=3\*GB3③P1、P2可以是絕對(duì)壓力，也可以是表壓力。絕對(duì)壓力與表壓力的關(guān)系？=4\*GB3④w1、w2、—實(shí)際狀況下。實(shí)際狀況下的流速、密度公式？=5\*GB3⑤z1、z2取決于基準(zhǔn)面。伯努利方程式在工程上的應(yīng)用極為廣泛：流量測(cè)量、噴嘴設(shè)計(jì)、煙囪設(shè)計(jì)等。共性？應(yīng)用時(shí)：方程聯(lián)解。

第8次課課題：動(dòng)量傳輸?shù)幕径桑?xí)題課）本課的基本要求鞏固管流伯努利方程式及應(yīng)用1．[例題1-3-2]P42流體在流動(dòng)過(guò)程中能量的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。提示：管流伯努利方程式簡(jiǎn)化：1）水平管道；不可壓縮流體，d不變，？（不可逆過(guò)程）2）理想流體；水平管道；d1＜d2w1＞w2＜0?3）理想流體；z1＜z2；d1＜d2w1＞w2＜0＞0＞＜=0？?能量轉(zhuǎn)換關(guān)系？動(dòng)能靜壓能能量損失位能是否氣流只能從靜壓高處流向靜壓低處？2．[例題1-3-3~1-3-5]流量測(cè)量。提示：文丘利管畢托管孔板測(cè)流量原理簡(jiǎn)化：；1）文丘利管m3/s已知，測(cè)出，即可測(cè)流量V。2）畢托管？m/sV=？如何測(cè)定？3）孔板m3/s由于不易測(cè)定，令m3/sm3/s—流量系數(shù)，取決于孔板結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)孔板。3．習(xí)題1.9.29P113解：環(huán)縫D處為水的噴口PD=1.0132×105PaA-D列伯努利方程：PA=0..8892×105PaA-B列伯努利方程：PB=0.9873×105PawC=3.906m/sC-D列伯努利方程：PC=0..9560×105PaPA=0.8892×105PaPB=0.9873×105PaPC=0.9560×105PaPD=1.0132×105Pa

第9次課課題：動(dòng)量傳輸?shù)幕径蓜?dòng)量傳輸中的阻力=1\*DBNUM3一、本課的基本要求1．掌握靜止流體的壓力分布方程及應(yīng)用。2．掌握等壓面特性及應(yīng)用。3．了解動(dòng)量附面層概念。4．了解阻力的概念及計(jì)算通式。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：等壓面特性及應(yīng)用。難點(diǎn)：動(dòng)量附面層的理解。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11436.P11215.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-3-15圖1-3-241.3.5流體靜力平衡方程式=1\*GB1⒈流體靜力平衡方程式的微分式當(dāng)流體靜止時(shí)，則wx=0，wy=0，wz=0，且gx=0，gy=0，gz=g。按N-S方程簡(jiǎn)化得：微分式說(shuō)明：靜止流體沿水平方向(x、y方向)上的壓力不變，但壓力沿高度(z方向)則有變化。壓力沿高度方向(z方向)的分布規(guī)律—靜止流體的壓力分布方程。=2\*GB1⒉靜止流體的壓力分布方程將上式分別乘以dx、dy、dz之后相加得：則對(duì)不可壓縮流體()：(壓力分布方程)式中P靜壓能；rz位能。說(shuō)明：靜止流體的能量平衡方程。圖1-3-15P47z=0，基準(zhǔn)面上的壓力。z，位能，靜壓能，靜壓能與位能相互轉(zhuǎn)換。=3\*GB1⒊流體的靜壓力=1\*GB2⑴靜壓力的特性壓力：?jiǎn)挝幻娣e上的作用力，方向與作用面垂直并指向作用面；任一點(diǎn)上的壓力在各個(gè)方向上是相同的，壓力是標(biāo)量，但總壓是矢量。=2\*GB2⑵靜壓力的表示方法在國(guó)際單位制中，壓力的單位為Pa：=3\*GB2⑶等壓面等壓面：靜壓力相等的各點(diǎn)所組成的面。兩互不相容的靜止流體的分界面，等壓面必為一水平面。[例1-3-6][例1-3-7]P501.3.6附面層—邊界層概念=1\*GB1⒈附面層的定義流體流入平板表面，由于流體的粘性作用，靠近表面形成速度梯度，具有速度梯度的流體溥層附面層圖1-3-24P53附面層厚度：令時(shí)的流體層厚度，以表示，x，。=2\*GB1⒉分類(lèi)附面層 由Re準(zhǔn)數(shù)來(lái)判斷平板層流附面層的厚度為m=3\*GB1⒊管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的附面層匯合前 匯合后：充分發(fā)展了的管流速度分布不變?！?.4流體動(dòng)量傳輸中的阻力阻力：粘性流體在流動(dòng)過(guò)程中的阻力產(chǎn)生的能量損失叫阻力損失。實(shí)質(zhì)上是研究流體要多大的力、作多大的功才能使流體流動(dòng)。阻力分為四類(lèi)：=1\*GB3①管流摩阻(摩擦阻力損失)：由流體的粘性引起。=2\*GB3②繞流摩阻：流體流過(guò)淹沒(méi)物體。=3\*GB3③管流局部阻力：流動(dòng)方向或流速突然變化引起。=4\*GB3④綜合阻力：不屬于上述情況。例如：高爐煉生產(chǎn)過(guò)程中，料層與煤氣相向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力，噴粉氣動(dòng)輸送過(guò)程中的阻力。無(wú)論哪種阻力損失，都是由于流體流動(dòng)而產(chǎn)生的，速度、阻力。一般情況下，用一個(gè)通用公式來(lái)表示：或 式中k阻力系數(shù)。因此，計(jì)算hL的關(guān)鍵在于求各種情況下的k值，方法有：1)理論推導(dǎo)：一般無(wú)法求出。2)經(jīng)驗(yàn)方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)。3)半理論、半經(jīng)驗(yàn)方法：在假設(shè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)放在公式的應(yīng)用上。

第10次課課題：動(dòng)量傳輸中的阻力=1\*DBNUM3一、本課的基本要求1．掌握管流摩阻計(jì)算方法及的確定方法2．掌握管流局部阻力損失計(jì)算方法。3．掌握管流系統(tǒng)的阻力損失計(jì)算及減少阻力損失的途徑。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：管流摩阻、局部阻力損失計(jì)算。難點(diǎn)：應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11434.P11539.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-4-21.4.1不可壓縮流體的管流摩阻摩擦阻力損失簡(jiǎn)稱(chēng)為摩阻，以hf表示。層流、紊流=1\*GB1⒈圓管層流摩阻（理論推導(dǎo)從略）摩擦系數(shù)或Pa=2\*GB1⒉圓管內(nèi)紊流摩阻(半理論、半經(jīng)驗(yàn)方法)=1\*GB2⑴光滑圓管內(nèi)的摩阻式中紊流下圓管的摩擦系數(shù)。尼古拉茲修正式：布拉修斯修正式：=2\*GB2⑵粗糙圓管內(nèi)的摩阻絕對(duì)粗糙度；相對(duì)粗糙度。尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線：圖1-4-2P58AB 層流區(qū)：與Re有關(guān)，無(wú)關(guān)。BC 層流向紊流過(guò)渡的區(qū)域：的變化不明顯，2300<Re<105，一般按光滑區(qū)處理。CD 紊流光滑管流區(qū)：Re有關(guān)，4103<Re<105，布拉修斯修正式。CC 紊流粗糙管過(guò)渡區(qū)：Re、有關(guān)。CE 紊流粗糙管區(qū)：有關(guān)，Re無(wú)關(guān)，阻力平方區(qū)()。出現(xiàn)的原因？當(dāng)<層流底層hf與Re有關(guān)當(dāng)>層流底層hf與Re、有關(guān)當(dāng)>>層流底層hf與有關(guān)。計(jì)算的通用式： 查 莫迪圖(附圖1)在工程計(jì)算中常采用經(jīng)驗(yàn)公式：金屬管道：=0.25磚砌管道：=0.050=3\*GB1⒊非圓形管道的摩阻Pa當(dāng)量直徑或水力學(xué)直徑：A管道的截面積，m2；S管道的周長(zhǎng)，m。[例1-4-1]P591.4.2管流局部阻力損失(經(jīng)驗(yàn)方法)流體的流向和流速變化引起k局部阻力系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)法，查附表6。注意：k與w的對(duì)應(yīng)。1.4.3管流系統(tǒng)的阻力損失Pa=1\*GB1⒈減少流體阻力損失=1\*GB2⑴“經(jīng)濟(jì)流速”的選擇：綜合考慮=2\*GB2⑵hr盡量減少轉(zhuǎn)彎或截面變化 90圓轉(zhuǎn)彎突然逐漸擴(kuò)大(收縮)=3\*GB2⑶hf盡量L選用光滑管=2\*GB1⒉計(jì)算方法=1\*GB2⑴串聯(lián)管路：特點(diǎn)：各段流量相同，。=2\*GB2⑵并聯(lián)管路：特點(diǎn)：阻損相同，，煙囪。[例1-4-2]P62

第11次課課題：流體的流出=1\*DBNUM3一、本課的基本要求掌握不可壓縮流體自孔口流出的特點(diǎn)。會(huì)計(jì)算容器內(nèi)定量液體的流空時(shí)間。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：不可壓縮流體自孔口流出的特點(diǎn)。難點(diǎn)：不可壓縮流體自薄壁小孔和圓柱形管咀流出時(shí)的速度、流量關(guān)系。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11541.42.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-5-1圖1-5-2圖1-5-9§1.5流體的流出目的：確定流速w、流量V及其他相關(guān)參數(shù)。方法：利用伯努利方程。1.5.1不可壓縮流體自小孔的流出液體及不可壓縮氣體(壓力變化較小)=1\*GB1⒈不可壓縮流體自小孔的流出圖1-5-1P65列1-2截面處的伯努利方程式：=1\*GB3①水平流動(dòng)：=2\*GB3②=3\*GB3③ m/s速度系數(shù)特點(diǎn)： 令流股收縮系數(shù) m3/s流量系數(shù)。L<(3.5~4.0)d0.980.630.62薄壁小孔L>(3.5~4.0)d0.821.00.82圓柱形管咀=2\*GB1⒉液體自孔口的流出圖1-5-2P66列1-2截面的伯努利方程或根據(jù)m/sm3/s1.5.3液體通過(guò)容器底部小孔的流出圖1-5-9P75=1\*GB1⒈液面高度不變時(shí)的流出速度列1-2截面的伯努利方程：=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④m/s流出系數(shù)=2\*GB1⒉容器內(nèi)定量液體的流空時(shí)間液體流過(guò)截面為A2的小孔的質(zhì)量為(液面下降dH)：0，H：H00 s[例1-5-1]P67

第12次課課題：流體的流出=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解可壓縮性氣體自孔口流出的流速公式。=2\*GB1⒉掌握可壓縮性氣體的流出特點(diǎn)。=3\*GB1⒊掌握獲得超音速的條件及噴咀的設(shè)計(jì)。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：可壓縮氣體的流出特點(diǎn)，噴咀的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：流股斷面特征分析。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11544.45.（課外上機(jī)）=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-5-5可壓縮性氣體自孔口的流出密度變化高壓氣體流出=1\*GB1⒈音速壓力波、擾動(dòng)波在一種介質(zhì)中的傳播速度。舉例：講課時(shí)聲音的傳播速度，聲波在空氣中的傳播速度。根據(jù)物理學(xué)概念： 氣體絕熱過(guò)程：理想氣體狀態(tài)方程： =2\*GB1⒉流速的基本公式：圖1-5-5P68在不計(jì)流出過(guò)程中阻力損失的情況下，壓縮性氣體的伯努利微分方程式：對(duì)水平流動(dòng)(1)由于流出速度很高，流股來(lái)不及與周?chē)橘|(zhì)進(jìn)行熱交換，可視為絕熱過(guò)程，其狀態(tài)方程為(2)(2)代入(1)，積分得：(P：P1P，w：w1w)，，則(3)特點(diǎn)： P w；P1 w =3\*GB1⒊臨界值在穩(wěn)定流動(dòng)條件下，質(zhì)量流量M為定值，則 (4)； 說(shuō)明F(P)有極大值，A有極小值，即流股有最小截面臨界截面AkP。其壓力稱(chēng)為臨界壓力PkP，流速稱(chēng)為臨界流速wkP等。(5)(6) 臨界速度就是臨界條件下該氣體的音速。壓縮性氣體流出具有如下特點(diǎn)：=1\*GB3①P1，w；P，w P1P0=2\*GB3②有臨界截面存在，PkP0.5P1 =3\*GB3③達(dá)到音速的基本條件為：a)P1=2P0b)收縮管=4\*GB1⒋超音速=1\*GB2⑴馬赫數(shù)Mw實(shí)際流速wS相同條件下氣體介質(zhì)中的音速，。根據(jù)馬赫數(shù)的概念，可說(shuō)明壓縮性氣體流出時(shí)流股截面的變化特怔和最小截面的存在。分析：M<1，w，A，亞音速的收縮段。M=1，流股臨界點(diǎn)，最小截面。M>1，w，A，超音速的擴(kuò)張段。拉瓦爾管=2\*GB2⑵獲得超音速的條件=5\*GB1⒌壓縮性氣體流出的計(jì)算(設(shè)計(jì)、校核)氧槍高爐噴吹燒咀已知：N(kg/s)，M0(出口馬赫數(shù))或w2(m/s)求：噴咀尺寸[例1-5-4]P74

第13次課課題：射流=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握自由射流的定義、形成條件、基本特點(diǎn)。=2\*GB1⒉掌握旋轉(zhuǎn)射流的定義、形成條件、基本特點(diǎn)。=3\*GB1⒊了解旋流強(qiáng)度對(duì)旋轉(zhuǎn)射流的影響。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：射流的特征。難點(diǎn)：旋流強(qiáng)度對(duì)旋轉(zhuǎn)射流的影響。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11546.47.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-6-1圖1-6-15圖1-6-17圖1-6-18§1.6射流定義：流體由噴咀流出到一個(gè)足夠大的空間后，不再受固體邊界限制而繼續(xù)擴(kuò)散的一種流動(dòng)。舉例：氣體、液體燃料的燃燒、轉(zhuǎn)爐吹氧、爐外精煉、高爐噴吹等。分類(lèi)：按機(jī)理按流動(dòng)性質(zhì)主要內(nèi)容：射流的一般特征及經(jīng)驗(yàn)公式。1.6.1自由射流=1\*GB1⒈定義：流體自噴咀流入無(wú)限大的自由空間中稱(chēng)為自由射流。形成自由射流必須具備兩個(gè)條件：=1\*GB2⑴射流流體物理性質(zhì)如溫度、密度等與介質(zhì)相同。=2\*GB2⑵空間介質(zhì)不動(dòng)，且不受邊界的限制。=2\*GB1⒉基本特點(diǎn)：自由射流可分為幾個(gè)主要區(qū)域：圖1-6-1P77=1\*GB2⑴初始段：噴口截面到轉(zhuǎn)折截面之間。特點(diǎn)：射流中心速度等于w0，。=2\*GB2⑵基本段(主段)：轉(zhuǎn)折截面以后的區(qū)域。特點(diǎn)：x，w中，為射流邊界層所占據(jù)。=3\*GB2⑶射流核心區(qū)：具有初始速度的區(qū)域。=4\*GB2⑷射流極點(diǎn)：射流外邊界線逆向延長(zhǎng)的交點(diǎn)O(射流源)。=3\*GB1⒊速度分布=1\*GB2⑴截面上速度分布(1)b射流的半寬度。=2\*GB2⑵中心速度分布圓形射流： ，r0噴口半徑。扁形射流： ，b0噴口半高度。=4\*GB1⒋射流截面及流量h0極點(diǎn)至噴口截面的距離。通過(guò)(1)式求出觀察截面的平均流速，圓形射流： 扁形射流：再應(yīng)用流量公式求出該截面的流量Vx，對(duì)圓形射流為 扁形射流1.6.5旋轉(zhuǎn)射流定義：流體在噴出前就被強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，噴出后脫離了固體壁面的約束，在無(wú)限大空間處于靜止的介質(zhì)中繼續(xù)流動(dòng)。 w(切向速度) wx(軸向速度) wr(徑向速度)=1\*GB1⒈旋轉(zhuǎn)射流的特性=1\*GB2⑴存在一個(gè)回流區(qū)：圖1-6-15P85實(shí)線wx虛線w在軸心處wx<0，回流區(qū)邊界上wx=0，回流區(qū)邊界與射流邊界(wx=0)之間wx有一最大值wmax，x，wmax，wx分布趨于平坦均勻，回流區(qū)變小直到消失。=2\*GB2⑵速度沿程衰減快圖1-6-17P86wx、w、wr軸心速度wm。當(dāng)以后，w、wr基本上消失，只有wx存在。=3\*GB2⑶射流中心有很強(qiáng)的卷吸力圖1-6-18P86旋轉(zhuǎn)射流沿程壓力的變化射流軸線上的靜壓力低于大氣壓力(負(fù)壓)，說(shuō)明旋轉(zhuǎn)射流中心有很強(qiáng)的卷吸作用，x，靜壓力大氣壓力，卷吸作用。=2\*GB1⒉旋流強(qiáng)度=1\*GB2⑴旋流強(qiáng)度的定義及計(jì)算定義：表明旋流設(shè)備所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流特性的幾何特征數(shù)，用S表示。G角動(dòng)量矩；Gx軸向推力；R噴口半徑。葉片式旋流噴咀的旋流強(qiáng)度r1內(nèi)徑；r2外徑；tg旋轉(zhuǎn)角。=2\*GB2⑵旋流強(qiáng)度對(duì)旋轉(zhuǎn)射流的影響=1\*GB3①對(duì)速度場(chǎng)的影響S，卷吸量，紊流擴(kuò)散強(qiáng)，消耗的能量，速度衰減快。改變S改變氣流的速度分布和調(diào)節(jié)焰的長(zhǎng)度。S，火焰短，溫度較高；S，火焰長(zhǎng)，溫度分布均勻。=2\*GB3②對(duì)回流區(qū)的影響S，回流區(qū)尺寸，穩(wěn)定火焰的手段。以S來(lái)區(qū)分旋轉(zhuǎn)射流的狀態(tài)，一般認(rèn)為無(wú)旋流？射流射向限制空間—限制射流特點(diǎn)：回流區(qū)、旋渦區(qū)

第14次課課題：兩相動(dòng)量傳輸簡(jiǎn)介=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解氣固兩相流動(dòng)的三種狀態(tài)=2\*GB1⒉了解孔隙度及料塊比表面積的概念=3\*GB1⒊掌握埃根方程的應(yīng)用=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：埃根方程的應(yīng)用。難點(diǎn)：埃根方程的推導(dǎo)及應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：高爐強(qiáng)化冶煉措施之一；高壓操作的理論依據(jù)。=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：§1.7兩相動(dòng)量傳輸簡(jiǎn)介兩相流動(dòng)：氣-液兩相，氣-固兩相共同存在時(shí)的流動(dòng)。1.7.2氣-固兩相流動(dòng)固相：粒狀的固體料塊和由料塊堆集的散料層，氣-固兩相流動(dòng)可視為氣體通過(guò)料塊或散料層的流動(dòng)。舉例：煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的下降爐料與上升煤氣的流動(dòng)，噴粉氣動(dòng)輸送過(guò)程。=1\*GB1⒈氣-固兩相流動(dòng)的三種狀態(tài)重力：N浮力：N合成下降力N拖力(對(duì)氣體而言是阻力)：N=2\*GB1⒉固定料層流動(dòng)（煉鐵方向）目的：求解散料層阻力損失，即氣體通過(guò)散料層產(chǎn)生的壓力降。方法：管束理論。=1\*GB2⑴埃根方程先介紹幾個(gè)有關(guān)的定義：=1\*GB3①孔隙的當(dāng)量直徑：(1)Vb孔隙總體積；S孔隙總表面積。=2\*GB3②孔隙度：(2)V0料層總體積；A孔隙的總截面積；A0料層的總截面積；(3)VS料塊的體積。=3\*GB3③料塊的比表面積單位體積料塊所具有的孔隙表面積，以S0表示，則(4)=4\*GB3④截面空速：實(shí)際(5)將(2)、(4)代入(1)得：(6)根據(jù)管流摩阻的解析式，P57(1-4-5a)可將作為管束看待的散料層降表達(dá)為：(7)k待定阻力系數(shù)。(5)、(6)代入(7)將上式改寫(xiě)為修正阻力系數(shù)；修正雷諾準(zhǔn)數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定(8)埃根等人通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)工作獲得：將fC及ReC代入(9)式，整理得：(10)均勻球形料塊：，代入上式得埃根方程(11)=2\*GB2⑵埃根方程的修正：根據(jù)散料層的特性(孔隙度、比表面積S0)修正，還要考慮到料層圍壁的影響。=1\*GB3①孔隙度：料塊的形狀顆粒的組成，料塊的排列方式。一般情況是根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定。=2\*GB3②比表面積S0及形狀系數(shù)：均勻球形料塊： 例如：高爐煉鐵的礦石、焦炭、石灰等都不是球形，都有一定的形狀系數(shù)。均勻非球形料塊： DS同體積球體直徑。粒度大小不等的料塊：平均篩分直徑；xi質(zhì)量分率，di兩篩幾的平均直徑。直徑小于(m)5075100125150175360克質(zhì)量(g)060180270330360代入(10)式得：埃根方程的另一形式(12)DS不易確定，Dcp計(jì)算結(jié)果近似，較為實(shí)際的方法是以(10)式直接計(jì)算壓降，而料塊的S0則通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。=3\*GB3③圍壁效應(yīng)現(xiàn)象：高爐上料時(shí)的自動(dòng)篩分現(xiàn)象。邊緣：大，氣流多。 中心：小，氣流少。引起氣流分布不均圍壁效應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出圍壁效應(yīng)對(duì)埃根方程的影響，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知設(shè)計(jì)高爐時(shí)，應(yīng)注意避免圍壁效應(yīng)矮胖型。=3\*GB2⑶埃根方程的應(yīng)用高爐生產(chǎn)。例如：計(jì)算氣體通過(guò)散料層的流量及壓降、料層的透氣性指數(shù)；分析氣體壓力對(duì)散料層壓降的影響。=1\*GB3①氣體通過(guò)散料層的流量紊流狀態(tài)，則由(10)式得即 料層結(jié)構(gòu)一定 m/s流量 m3/skD料層滲透系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。=2\*GB3②散料層的透氣性指數(shù)透氣性指數(shù)說(shuō)明散層氣體流量與壓降的特征關(guān)系。在紊流條件下，由(12)式得 或 透氣性指數(shù)；。透氣性指數(shù)與有關(guān)。除供料條件外，與操作制度有關(guān)。高爐操作的重要參數(shù)。=3\*GB3③氣體壓力對(duì)料層壓降的影響氣體在較高的壓力下流過(guò)散料層時(shí)，根據(jù)推導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下強(qiáng)化冶煉措施：高壓操作？第14次課課題：兩相動(dòng)量傳輸簡(jiǎn)介（續(xù)）=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解氣動(dòng)輸送過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。=2\*GB1⒉掌握氣動(dòng)輸送氣源選擇的原則。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：氣動(dòng)輸送過(guò)程的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)概念。難點(diǎn)：氣動(dòng)輸送氣源選擇的原則。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：氣動(dòng)輸送氣源供氣壓力、流量如何確定？=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-7-5=3\*GB1⒊氣動(dòng)輸送過(guò)程（煉鋼方向）=1\*GB2⑴氣動(dòng)輸送過(guò)程的實(shí)現(xiàn)圖1-7-5P96區(qū)域=1\*ROMANI(0~B段)：固定料層流動(dòng)0A層流區(qū)： AB紊流區(qū)：區(qū)域=2\*ROMANII(B-C-D段)：料層膨脹段 區(qū)域=2\*ROMANII=1\*ROMANI(D-E段)：流化料層流動(dòng)略有增加區(qū)域=4\*ROMANIV(E點(diǎn)以后)：氣動(dòng)輸送過(guò)程。流化極限速度，按=1時(shí)料塊自由沉降速度計(jì)算，對(duì)球球形料塊為(G=F)：m/s(1)dS球形料塊直徑，非球形料塊當(dāng)量直徑或平平均篩分直徑；k球體繞流摩阻系數(shù)，決定于Re數(shù)。=2\*GB2⑵氣動(dòng)輸送的最降低氣流速度w氣流速度；wS料塊速度；wmax料塊自由沉降速度。實(shí)際料塊群的氣動(dòng)輸送，徐G、F外，還有料塊和料塊與器壁間的阻力。 (2)R校正系數(shù)。D輸送管道直徑；S摩擦系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值。料塊速度 MS料塊質(zhì)量流量。(3)水平管道的氣動(dòng)輸送中，料塊的浮流動(dòng)過(guò)程較垂直輸送復(fù)雜，此時(shí)料塊要在更多作用力的平衡下，才能懸浮于氣流中運(yùn)動(dòng)。為保證料塊浮于氣流中并隨之水平流動(dòng)，氣流速度要較大地超過(guò)料塊的極限速度，以保證料塊水平輸送的一定速度，不同輸送情況下的氣流速度經(jīng)驗(yàn)值可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。=3\*GB2⑶氣動(dòng)輸送過(guò)程的壓降損失目的：確定氣動(dòng)輸送系統(tǒng)的氣源供氣壓力。設(shè)計(jì)：風(fēng)量？補(bǔ)充例題：用空氣輸送煤粉的一上升管，管徑D=0.5m；煤粉輸送量為Ms=50kg/s；煤粉顆粒直徑ds=5×10-4m，煤粉密度ρs=1.4×103kg/m3；空氣的密度ρ=1.0kg/m3；料層孔隙度=0.99。計(jì)算：煤粉輸送速度w及所需的空氣流速w。解：按（3）式計(jì)算Ws：按（2）式計(jì)算校正系數(shù)k和氣體流速W：（取=0.005）（取k=0.5）由得：W=18.2+4.28×1.056=22.72m/s

第15次課課題：相似原理及因次分析=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握現(xiàn)象相似的必要條件和充分條件。=2\*GB1⒉相似準(zhǔn)數(shù)的概念。=3\*GB1⒊相似三定理的內(nèi)容。=4\*GB1⒋相似轉(zhuǎn)換法求相似準(zhǔn)數(shù)。Re、Eu、Gr準(zhǔn)數(shù)的表達(dá)式及物理意義。=2\*DBNUM3二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：現(xiàn)象相似的必要條件和充分條件。難點(diǎn)：相似三定理的應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-8-1§1.8相似原理及因次分析研究物理過(guò)程的兩種基本方法：=1\*GB2⑴分析法：數(shù)學(xué)分析為手段，建立方程，求解方程，獲得物理之間的關(guān)系。比較簡(jiǎn)單的過(guò)程，復(fù)雜過(guò)程，建立方程困難，求解方程困難。例如：N-S方程的求解。=2\*GB2⑵實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)測(cè)試為手段，整理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得物理量之間的關(guān)系。相似政理論-模型實(shí)驗(yàn)法：理論分析，獲得相似準(zhǔn)數(shù)，整理成準(zhǔn)數(shù)方程，通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)使準(zhǔn)數(shù)方程具體化。舉例：高爐氣-固兩相流動(dòng)。1.8.1相似的概念=1\*GB1⒈幾何相似圖1-8-1P99相似常數(shù)(相似系數(shù)) 相似定數(shù)對(duì)應(yīng)角相等兩三角形相似所具備的上述性質(zhì)相似性質(zhì)。兩三角形相似滿(mǎn)足的條件相似條件。=2\*GB1⒉現(xiàn)象相似的條件=1\*GB2⑴相似的前提條件(必要條件)=1\*GB3①同類(lèi)物理現(xiàn)象用同一方程描述。例如：流體在管道中流動(dòng)；流體流過(guò)平板。=2\*GB3②幾何條件相似因?yàn)樗芯唧w現(xiàn)象都發(fā)生在一定的幾何空間內(nèi)。=3\*GB3③物理?xiàng)l件相似指對(duì)應(yīng)的物理量成比例有相似常數(shù)存在。對(duì)應(yīng)的物理量：時(shí)間、空間、速度，則時(shí)間相似常數(shù)幾何相似常數(shù)速度相似