1、冶金傳輸原理要點(diǎn)及習(xí)題冶金傳輸原理要點(diǎn)及習(xí)題左海濱左海濱冶金與生態(tài)工程學(xué)院冶金與生態(tài)工程學(xué)力學(xué)學(xué)科內(nèi)容與方法比較力學(xué)學(xué)科內(nèi)容與方法比較第一篇第一篇 動(dòng)量傳輸動(dòng)量傳輸流膂力學(xué)研討內(nèi)容及方法流膂力學(xué)研討內(nèi)容及方法( (v v) ), , 內(nèi)內(nèi)因因 A A, ,D D 邊邊界界條條件件 P P 外外因因科科學(xué)學(xué)工工程程 流流化化床床，噴噴槍槍等等設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)參參數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系速速度度分分布布應(yīng)應(yīng)力力分分布布動(dòng)動(dòng)量量傳傳輸輸研研究究?jī)?nèi)內(nèi)容容動(dòng)動(dòng)量量傳傳輸輸研研究究方方法法理理論論研研究究方方法法試試驗(yàn)驗(yàn)研研究究方方法法宏宏觀觀方方法法（系系統(tǒng)統(tǒng)論論

2、）微微觀觀方方法法（還還原原論論，微微分分方方程程+ +物物理理模模型型+ +邊邊界界條條件件）相相似似理理論論指指導(dǎo)導(dǎo)的的模模型型試試驗(yàn)驗(yàn)試試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)測(cè)試試手手段段流流場(chǎng)場(chǎng)顯顯示示技技術(shù)術(shù)計(jì)計(jì)算算流流體體力力學(xué)學(xué)實(shí)際方法中，流膂力學(xué)援用的主要定理有：實(shí)際方法中，流膂力學(xué)援用的主要定理有： 1 1質(zhì)量守恒定律；質(zhì)量守恒定律； 2 2動(dòng)量守恒定律；動(dòng)量守恒定律；3 3牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律；牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律； 4 4機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒定律：動(dòng)能機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒定律：動(dòng)能+ +壓能壓能+ +位能位能+ +能量損失能量損失=const =const 第一篇第一篇 動(dòng)量傳輸動(dòng)量傳輸 動(dòng)量傳輸景象在冶金工藝中可處

3、理兩類問(wèn)題動(dòng)量傳輸景象在冶金工藝中可處理兩類問(wèn)題第一類是研討系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)參數(shù)間的整體關(guān)系。例如，管道中第一類是研討系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)參數(shù)間的整體關(guān)系。例如，管道中流體流量與壓差的關(guān)系，鋼包鋼水流出所需的時(shí)間等。我流體流量與壓差的關(guān)系，鋼包鋼水流出所需的時(shí)間等。我們只需根據(jù)質(zhì)量、能量和動(dòng)量平衡原理，就能較容易地計(jì)們只需根據(jù)質(zhì)量、能量和動(dòng)量平衡原理，就能較容易地計(jì)算出結(jié)果來(lái)。算出結(jié)果來(lái)。 第二類是研討系統(tǒng)內(nèi)部的第二類是研討系統(tǒng)內(nèi)部的“微細(xì)構(gòu)造。例如，研討某一流微細(xì)構(gòu)造。例如，研討某一流場(chǎng)中速度分布，研討湍流能量的耗散模型等。顯然，這要場(chǎng)中速度分布，研討湍流能量的耗散模型等。顯然，這要復(fù)雜得多，需求求解非線性

4、偏微分方程的數(shù)值解。復(fù)雜得多，需求求解非線性偏微分方程的數(shù)值解。 本篇首先引見(jiàn)動(dòng)量傳輸?shù)母靖拍睿诖烁咨辖⒎e分質(zhì)本篇首先引見(jiàn)動(dòng)量傳輸?shù)母靖拍睿诖烁咨辖⒎e分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡，建立動(dòng)量傳輸?shù)奈⒎址匠獭６院罅俊?dòng)量和能量平衡，建立動(dòng)量傳輸?shù)奈⒎址匠獭６院蟾髡拢绻艿纼?nèi)流體流動(dòng)、邊境層流動(dòng)、射流、可緊縮氣各章，如管道內(nèi)流體流動(dòng)、邊境層流動(dòng)、射流、可緊縮氣體流動(dòng)、氣固兩相流動(dòng)等都是根本方程在詳細(xì)條件下的運(yùn)體流動(dòng)、氣固兩相流動(dòng)等都是根本方程在詳細(xì)條件下的運(yùn)用。最后，本篇還要引見(jiàn)類似原理及模型實(shí)驗(yàn)研討方法。用。最后，本篇還要引見(jiàn)類似原理及模型實(shí)驗(yàn)研討方法。第一章第一章 流體的根本概念流

5、體的根本概念n認(rèn)識(shí)流體認(rèn)識(shí)流體n由延續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)組成由延續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)組成n延續(xù)介質(zhì)模型延續(xù)介質(zhì)模型n流體性質(zhì)流體性質(zhì)n易流動(dòng)性：微小切應(yīng)力作用下，發(fā)生延續(xù)變形易流動(dòng)性：微小切應(yīng)力作用下，發(fā)生延續(xù)變形n可緊縮性體積緊縮系數(shù)，體積彈性模量可緊縮性體積緊縮系數(shù)，體積彈性模量: :液體以為不液體以為不可緊縮，氣體以為可緊縮，但氣體流速小于同條件下音速可緊縮，氣體以為可緊縮，但氣體流速小于同條件下音速的的0.30.3倍可按不可緊縮處置；倍可按不可緊縮處置；n粘性：抵抗剪切變形的才干粘性：抵抗剪切變形的才干dydvxyx動(dòng)量通量動(dòng)量通量第一章第一章 流體的根本概念流體的根本概念n作用在流體上的力作

6、用在流體上的力n外表張力外表張力n體積力體積力n外表力外表力n系統(tǒng)與控制體系統(tǒng)與控制體n量綱：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度量綱：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度第二章積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡第二章積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡n本章將討論工程實(shí)際中經(jīng)常遇到的在某一有限的空間本章將討論工程實(shí)際中經(jīng)常遇到的在某一有限的空間內(nèi)進(jìn)展質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡的問(wèn)題。這些問(wèn)題可以內(nèi)進(jìn)展質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡的問(wèn)題。這些問(wèn)題可以經(jīng)過(guò)建立總體平衡加以處理。可將整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)建立總體平衡加以處理。可將整個(gè)系統(tǒng)( (例如鋼例如鋼包、噴嘴和管道包、噴嘴和管道) )取作控制容積，來(lái)確定進(jìn)出口與內(nèi)取作控制容積，來(lái)確定進(jìn)出口與內(nèi)部變量之間的關(guān)系，而無(wú)

7、需對(duì)內(nèi)部每一點(diǎn)的規(guī)律進(jìn)展部變量之間的關(guān)系，而無(wú)需對(duì)內(nèi)部每一點(diǎn)的規(guī)律進(jìn)展詳細(xì)的分析。普通說(shuō)來(lái)，由總體平衡可以建立簡(jiǎn)單的詳細(xì)的分析。普通說(shuō)來(lái)，由總體平衡可以建立簡(jiǎn)單的代數(shù)方程，對(duì)于不穩(wěn)定流動(dòng)，那么給出一階微分方程，代數(shù)方程，對(duì)于不穩(wěn)定流動(dòng)，那么給出一階微分方程，這在數(shù)學(xué)上是比較容易求解的。因此，總體平衡可以這在數(shù)學(xué)上是比較容易求解的。因此，總體平衡可以處理工程中設(shè)備的質(zhì)量平衡，能量轉(zhuǎn)換和耗費(fèi)以及設(shè)處理工程中設(shè)備的質(zhì)量平衡，能量轉(zhuǎn)換和耗費(fèi)以及設(shè)備受力情況等有實(shí)踐意義的問(wèn)題。備受力情況等有實(shí)踐意義的問(wèn)題。第二章積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡第二章積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡n質(zhì)量守恒積分式質(zhì)量守恒積分式n動(dòng)量守

8、恒積分式動(dòng)量守恒積分式n能量守恒積分式能量守恒積分式vsdVdAnv0FdVvdAnvvvsWQdVEdAnvEvs計(jì)算題計(jì)算題1 1n圖圖2-12-1為一圓筒形儲(chǔ)槽，直徑為為一圓筒形儲(chǔ)槽，直徑為0.8m0.8m。槽內(nèi)原盛有。槽內(nèi)原盛有2m2m深的水。在深的水。在無(wú)水源補(bǔ)充的情況下翻開(kāi)底部閥無(wú)水源補(bǔ)充的情況下翻開(kāi)底部閥門(mén)放水。測(cè)得水流出的質(zhì)量流率門(mén)放水。測(cè)得水流出的質(zhì)量流率w2w2與水深與水深z z的關(guān)系為：的關(guān)系為：n 試問(wèn)經(jīng)過(guò)多少時(shí)間以后，水試問(wèn)經(jīng)過(guò)多少時(shí)間以后，水位下降至位下降至1m1m？20.274/wzkg s圖圖2-1 簡(jiǎn)單控制體的質(zhì)量衡算簡(jiǎn)單控制體的質(zhì)量衡算n解：計(jì)算公式：解：計(jì)

9、算公式： n w2+dM/dt=020.2743.14 0.410000dzzdt1211833.6tdzz 1211833.61833.6 2 ( 21)1519tdzzts 看懂標(biāo)題，找出規(guī)律，知條件，求解未知；正算看懂標(biāo)題，找出規(guī)律，知條件，求解未知；正算看懂標(biāo)題，列舉條件，對(duì)照未知，反推規(guī)律。反算看懂標(biāo)題，列舉條件，對(duì)照未知，反推規(guī)律。反算進(jìn)一步思索進(jìn)一步思索n出水口的水流出后屬于什么流動(dòng)？出水口的水流出后屬于什么流動(dòng)？n公式公式 是如何得出的？是如何得出的？n 是實(shí)際計(jì)算還是實(shí)驗(yàn)測(cè)試？是實(shí)際計(jì)算還是實(shí)驗(yàn)測(cè)試？n w2w2除與高度有關(guān)，還與哪些要素相關(guān)？除與高度有關(guān)，還與哪些要素相關(guān)？

10、n 假設(shè)流體為理想流體，能否根據(jù)伯努利假設(shè)流體為理想流體，能否根據(jù)伯努利定律求出出口截面積？定律求出出口截面積？20.274wzn容器內(nèi)是穩(wěn)定還是非穩(wěn)定流動(dòng)？容器內(nèi)是穩(wěn)定還是非穩(wěn)定流動(dòng)？計(jì)算題計(jì)算題2n水穩(wěn)定流過(guò)如圖水穩(wěn)定流過(guò)如圖2-22-2所示的暴露在大氣中的漸彎不變徑直角管，管內(nèi)徑所示的暴露在大氣中的漸彎不變徑直角管，管內(nèi)徑為為0.05m0.05m，水的主體流速為，水的主體流速為20m/s20m/s，進(jìn)口壓力為，進(jìn)口壓力為1.51.5105N/m2105N/m2表壓。表壓。由于管道很短，摩擦阻力及重力的影響均可忽略。試計(jì)算此管所受合力由于管道很短，摩擦阻力及重力的影響均可忽略。試計(jì)算此管所

11、受合力的量值和方向。的量值和方向。圖圖2-2 流體流過(guò)彎管流動(dòng)時(shí)的受力分析流體流過(guò)彎管流動(dòng)時(shí)的受力分析由于流體作二維流動(dòng)，故此題應(yīng)采用總動(dòng)量衡算方程來(lái)求解。由于流體作二維流動(dòng)，故此題應(yīng)采用總動(dòng)量衡算方程來(lái)求解。 彎管彎管( (包括固體壁面包括固體壁面) )所受的合力，可分兩步求算：第一步先根據(jù)圖中側(cè)所受的合力，可分兩步求算：第一步先根據(jù)圖中側(cè)面為虛線的范圍求算流體所受的合力，第二步再根據(jù)圖中實(shí)線范圍求算面為虛線的范圍求算流體所受的合力，第二步再根據(jù)圖中實(shí)線范圍求算彎管所受的合力。彎管所受的合力。 (1)(1)管中流體所受的力管中流體所受的力 選擇截面、及虛線所限定的范圍為控制體。選擇截面、及虛

12、線所限定的范圍為控制體。 設(shè)截面設(shè)截面A1A1和和A2A2所受的壓力分別為所受的壓力分別為PlPl和和P2(P2(絕壓絕壓) )，管壁對(duì)流體的壓力為，管壁對(duì)流體的壓力為R Rx Rx Ry (y (設(shè)力的作用方向均與坐標(biāo)軸同向設(shè)力的作用方向均與坐標(biāo)軸同向) )。(2)(2)彎管所受的力彎管所受的力 設(shè)彎管所受的力為設(shè)彎管所受的力為RxRx和和RyRy，其方向均，其方向均與坐標(biāo)軸同向，于是：與坐標(biāo)軸同向，于是：2220 3.14 0.05 /4 100039.25/(250000 3.14 0.05 /439.25 20)12751275wkg sRxPAwVNRyPAwVN 012751275

13、45RxRxNRyRyN 第三章 動(dòng)量傳輸?shù)奈⒎址匠蘮雖然采用控制容積建立總體質(zhì)量、動(dòng)量和能量雖然采用控制容積建立總體質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡能處理很多工程問(wèn)題壓差與流量間關(guān)系，平衡能處理很多工程問(wèn)題壓差與流量間關(guān)系，運(yùn)動(dòng)流體作用在物體上的力，泵的功率確定運(yùn)動(dòng)流體作用在物體上的力，泵的功率確定等。但還有許多景象需求取微元體作為控制等。但還有許多景象需求取微元體作為控制容積，推導(dǎo)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒與能量守恒微容積，推導(dǎo)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒與能量守恒微分方程。分方程。n本章首先引見(jiàn)描畫(huà)流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法。然后本章首先引見(jiàn)描畫(huà)流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法。然后講述根本物理概念。本章重點(diǎn)是建立延續(xù)性方講述根本物理概念

14、。本章重點(diǎn)是建立延續(xù)性方程、理想流體的歐拉方程和實(shí)踐流體的程、理想流體的歐拉方程和實(shí)踐流體的N-SN-S方方程。程。1、描畫(huà)流體運(yùn)動(dòng)的方法n拉格朗日法拉格朗日法n歐拉法歐拉法n質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)隨體導(dǎo)數(shù)質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)隨體導(dǎo)數(shù)n相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換計(jì)算題計(jì)算題1 1：知?dú)W拉變量的速度分布：知?dú)W拉變量的速度分布：V=-k1yi+k1xj+k2kV=-k1yi+k1xj+k2k，式中，式中k1,k2k1,k2為常數(shù)，設(shè)為常數(shù)，設(shè)t=0t=0時(shí)，時(shí)，x=a,y=b,z=cx=a,y=b,z=c，求拉，求拉格朗日與歐拉變換關(guān)系式。格朗日與歐拉變換關(guān)系式。11211211121112111( ),( ),xx0cos,sin

15、,xcossinx=cossinxf tyg txk y yk xk ykxkxxk t xk tCk tCk tak tbk t 11211令已 知 ：則即都 是 該 方 程 的 解則是 方 程 的 通 解代 入 得 y=C sink t-C cosk t當(dāng) t=0時(shí) ， x=a,y=b所 以 ： C1=a,C2=-b,C3=c所 以 ， y=asink t+1bcosk t計(jì)算題計(jì)算題2 2：知流場(chǎng)的速度分布為：知流場(chǎng)的速度分布為u=x2yu=x2y，v=-3yv=-3y，w=2z2w=2z2，求，求點(diǎn)點(diǎn)1 1，2 2，3 3處的流體加速度。處的流體加速度。3223222232918821

16、6216.76xyzxyzuuuauvwx yx yxyzvvvauvwyxyzwwwauvwzxyzaaaa解：計(jì)算題計(jì)算題3 3：知拉格朗日變量的速度分布：知拉格朗日變量的速度分布：u=(a+1)et-1u=(a+1)et-1，v=(b+1)et-1v=(b+1)et-1，且，且t=0t=0時(shí)，時(shí)，x=1,y=1x=1,y=1。求。求1 1t=2t=2時(shí)質(zhì)點(diǎn)分布；時(shí)質(zhì)點(diǎn)分布；2 2a=1,b=2a=1,b=2時(shí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；時(shí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3 3質(zhì)點(diǎn)加速度。質(zhì)點(diǎn)加速度。11111111111dx(1)x(1)t0,1 (1)x(1)1 (1)y(1)1 (1)(1)2da(1),a(1

17、)ttttttaedtaecxacaeaeaebebetdaebedd xy解：對(duì)積分得：已知，得常數(shù)所以同理當(dāng)時(shí)，代入即可。(2)當(dāng)a=1,b=2時(shí)，代入即可。uv(3)=tt1,2 2、流體運(yùn)動(dòng)的根本概念、流體運(yùn)動(dòng)的根本概念n定常與非定常定常與非定常n均勻與非均勻均勻與非均勻n平面流和軸對(duì)稱流平面流和軸對(duì)稱流n跡線跡線n流線流線n流管流管n流束流束n流量流量3 3、動(dòng)量傳輸微分方程、動(dòng)量傳輸微分方程n延續(xù)性方程延續(xù)性方程yxzdxdyddxdydzyztxz0yxzxyz3 3、動(dòng)量傳輸微分方程、動(dòng)量傳輸微分方程n理想流體運(yùn)動(dòng)方程理想流體運(yùn)動(dòng)方程xyxxxzdxdydzxyz dxdydz

18、zvvyvvxvvxzxyxxxxyxxxzPXxxyzt xxxxxyzPXxtxyzD1DxPXxt柏努利方程柏努利方程n沿流線積分沿流線積分n運(yùn)用條件運(yùn)用條件n流線上流線上n定常流穩(wěn)定流動(dòng)定常流穩(wěn)定流動(dòng)n重力場(chǎng)重力場(chǎng)n不可緊縮不可緊縮n理想流體理想流體n有勢(shì)流動(dòng)的積分有勢(shì)流動(dòng)的積分重點(diǎn)章節(jié)：伯努利方程及其運(yùn)用重點(diǎn)章節(jié)：伯努利方程及其運(yùn)用適用條件適用條件(1)(1)理想流體的穩(wěn)定流動(dòng)理想流體的穩(wěn)定流動(dòng); ;(2)(2)質(zhì)量力只需重力，外表力只需壓應(yīng)力質(zhì)量力只需重力，外表力只需壓應(yīng)力; ;2211221222pupuZZgggg 運(yùn)用伯努利方程處理問(wèn)題時(shí)，應(yīng)留意的問(wèn)題運(yùn)用伯努利方程處理問(wèn)題時(shí)

19、，應(yīng)留意的問(wèn)題、 (1)(1)基準(zhǔn)面可恣意選一程度面，但最好在兩斷面之下或穿基準(zhǔn)面可恣意選一程度面，但最好在兩斷面之下或穿過(guò)低斷面的形心，以免過(guò)低斷面的形心，以免Z Z出現(xiàn)負(fù)值。如總流是程度的，把基出現(xiàn)負(fù)值。如總流是程度的，把基準(zhǔn)面選在其中心線上，即準(zhǔn)面選在其中心線上，即Z=0Z=0；(2)(2)在解伯努利方程式時(shí)，經(jīng)常同時(shí)運(yùn)用總流的延續(xù)性方在解伯努利方程式時(shí)，經(jīng)常同時(shí)運(yùn)用總流的延續(xù)性方程式，以減少未知量；程式，以減少未知量；(3)(3)方程中的方程中的p p可取絕對(duì)壓力，也可取相對(duì)壓力，但必需可取絕對(duì)壓力，也可取相對(duì)壓力，但必需一致。一致。計(jì)算題計(jì)算題4 4如右圖所示的文丘里流量如右圖所示的

20、文丘里流量計(jì)丈量豎直水管中的流量，計(jì)丈量豎直水管中的流量，知知d1=0.3 md1=0.3 m，d2=0.15 md2=0.15 m，水銀壓差計(jì)中左右水銀面水銀壓差計(jì)中左右水銀面的高差為的高差為h =0.02mh =0.02m，試，試求水流量求水流量Q Q。221222212211zz22z(z)216z(z)2VVggVVgVVg12121212121212水水解：對(duì)截面1-1和2-2應(yīng)用伯努利方程，有pp+ggppgg對(duì)兩截面列連續(xù)性方程：4V =Vpp代入上式有：gg問(wèn)題的關(guān)鍵是右邊的表達(dá)式如何求解？22113160.252210.574/3.14*0.3*0.3/4*0.5740.04

21、/VVgVm sQms代入上式有：22,pppppppp0.020.252ml2121水水銀水1221水銀水水水銀水1221水水水銀水1221水水設(shè)截面與右側(cè)水銀面高差為 利用流體靜力學(xué)知識(shí)+gl+g h=+gl-(z -z )+ h化簡(jiǎn)得：g h-g h=-g(z -z )g h-g h- =-z +zggh-h-13.6-1 -z +z=g112P1S1P2S2文丘里流量計(jì)原理文丘里流量計(jì)原理2222112121vPvP2211SvSvghPPP）汞(212211SvSvQv)(222212221SSShSg）汞流量或者流速的測(cè)試方法有多少種？流量或者流速的測(cè)試方法有多少種？轉(zhuǎn)子流量計(jì)的根

22、本原理？轉(zhuǎn)子流量計(jì)的根本原理？n當(dāng)流體自下而上流入錐管時(shí)，被轉(zhuǎn)子截流，這樣在轉(zhuǎn)子上、當(dāng)流體自下而上流入錐管時(shí)，被轉(zhuǎn)子截流，這樣在轉(zhuǎn)子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，轉(zhuǎn)子在壓力差的作用下上升，這時(shí)下游之間產(chǎn)生壓力差，轉(zhuǎn)子在壓力差的作用下上升，這時(shí)作用在轉(zhuǎn)子上的力有三個(gè)作用在轉(zhuǎn)子上的力有三個(gè): :流體對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)壓力、轉(zhuǎn)子在流體對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)壓力、轉(zhuǎn)子在流體中的浮力和轉(zhuǎn)子本身的重力。流體中的浮力和轉(zhuǎn)子本身的重力。 計(jì)算題計(jì)算題5 5 噴霧器如以下圖所示，主筒直徑噴霧器如以下圖所示，主筒直徑 D=50mm D=50mm，收縮段直，收縮段直徑徑 d=3mm d=3mm，銜接納縮段和盛水容器的直管的直徑，銜接納縮段和

23、盛水容器的直管的直徑 d1=2mmd1=2mm。主筒的活塞以速度。主筒的活塞以速度V0=0.2m/sV0=0.2m/s運(yùn)動(dòng)，收縮段運(yùn)動(dòng)，收縮段與盛水容器的液面高差與盛水容器的液面高差 H=40mm H=40mm，知空氣密度，知空氣密度=1.25kg/m3=1.25kg/m3，試求水的噴出量。，試求水的噴出量。2222000020202,pp,ppg=1929pa222ppg2p -p0.04g219290.0410009.829.81.753/3.140VVVVgVHggVgVVm sQ00氣氣氣水水水水水水水解：（1）以氣體為對(duì)象，求壓強(qiáng)。設(shè)收縮段氣體流速為V,活塞處氣體流速為V 依據(jù)連續(xù)性

24、方程有2500V =9V依據(jù)伯努利定律：(2)以水為對(duì)象列伯努利方程263.002 / 4 1.7535.508 10m / sABABC空吸作用空吸作用常量221vgP常量Sv 計(jì)算題計(jì)算題6 6 如以下圖所示的畢托管和傾斜微壓計(jì)丈量氣流速度。傾斜如以下圖所示的畢托管和傾斜微壓計(jì)丈量氣流速度。傾斜微壓計(jì)的任務(wù)液體是酒精微壓計(jì)的任務(wù)液體是酒精, ,其密度是其密度是,=800kg/m3,=800kg/m3，斜管傾，斜管傾角角=30=30，知?dú)怏w密度為，知?dú)怏w密度為=1.2 kg/m3=1.2 kg/m3，斜管液面變化的，斜管液面變化的讀數(shù)讀數(shù)l=12cml=12cm，試求氣流速度，試求氣流速度u

25、 u。22112212ppp -p22lsin800 0.12 0.5401.22 9.8 4078428/VVgggggVVm s1氣氣氣酒精氣11解：依據(jù)伯努利定律：3 3、動(dòng)量傳輸微分方程、動(dòng)量傳輸微分方程n實(shí)踐流體運(yùn)動(dòng)方程2DDPt Fn實(shí)踐流體由于存在粘性，會(huì)在流動(dòng)中產(chǎn)生阻力，實(shí)踐流體由于存在粘性，會(huì)在流動(dòng)中產(chǎn)生阻力，從而耗費(fèi)流體的機(jī)械能，這就是總體能量守恒從而耗費(fèi)流體的機(jī)械能，這就是總體能量守恒方程中的損失項(xiàng)。方程中的損失項(xiàng)。n本章分析管道中實(shí)踐流體的流動(dòng)是工程中常見(jiàn)本章分析管道中實(shí)踐流體的流動(dòng)是工程中常見(jiàn)的，最簡(jiǎn)單的一種流動(dòng)。首先從雷諾實(shí)驗(yàn)出發(fā)，的，最簡(jiǎn)單的一種流動(dòng)。首先從雷諾實(shí)

26、驗(yàn)出發(fā)，區(qū)分流動(dòng)的兩種不同形狀，即層流和湍流。在區(qū)分流動(dòng)的兩種不同形狀，即層流和湍流。在此根底上，對(duì)圓管中層流和湍流的速度分布進(jìn)此根底上，對(duì)圓管中層流和湍流的速度分布進(jìn)展分析，并進(jìn)而討論管道中的阻力計(jì)算。展分析，并進(jìn)而討論管道中的阻力計(jì)算。第四章第四章 前言前言第四章思索題第四章思索題1 1 雷諾數(shù)與哪些要素有關(guān)？為什么可以用雷諾數(shù)判別水流流雷諾數(shù)與哪些要素有關(guān)？為什么可以用雷諾數(shù)判別水流流態(tài)？如何判別？態(tài)？如何判別？2 2 為什么不宜用臨界流速作為判別水流流態(tài)的規(guī)范？為什么不宜用臨界流速作為判別水流流態(tài)的規(guī)范？3 3 圓管中層流流動(dòng)的阻力公式圓管中層流流動(dòng)的阻力公式4 4 圓管中層流流動(dòng)和紊

27、流流動(dòng)的平均與最大速度比圓管中層流流動(dòng)和紊流流動(dòng)的平均與最大速度比5 5 粗糙度的定義和尼古拉慈阻力曲線粗糙度的定義和尼古拉慈阻力曲線6 6 層流與紊流時(shí)的沿程阻力在物理本質(zhì)上有什么不同，試從層流與紊流時(shí)的沿程阻力在物理本質(zhì)上有什么不同，試從定性及定量與流速的關(guān)系角度加以比較。定性及定量與流速的關(guān)系角度加以比較。7 7 部分阻力損失產(chǎn)生的緣由和公式部分阻力損失產(chǎn)生的緣由和公式8 8 部分阻力有哪幾種類型？受哪些要素影響？部分阻力有哪幾種類型？受哪些要素影響？計(jì)算題計(jì)算題2 2 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)l=1000ml=1000m，直徑，直徑=150mm=150mm的程度管道保送石油，知石油的密的程度管道保

28、送石油，知石油的密度度=920kg/m3=920kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度，運(yùn)動(dòng)粘度=4=410-4m2/s10-4m2/s，進(jìn)出口壓強(qiáng)差，進(jìn)出口壓強(qiáng)差 p=0.965p=0.965106Pa106Pa，求管道的體積流量，求管道的體積流量Q Q。計(jì)算題計(jì)算題1 1 判別以下流動(dòng)是層流或是湍流？判別以下流動(dòng)是層流或是湍流？ 1 1很長(zhǎng)的水管，直徑很長(zhǎng)的水管，直徑d=200mmd=200mm，流速，流速V=1m/sV=1m/s，運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)，運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)v=1v=110-6m2/s;10-6m2/s; 2 2很長(zhǎng)的油管，很長(zhǎng)的油管，d=150mm,V=0.2m/sd=150mm,V=0.2m/s，v=2

29、8v=2810-5m2/s;10-5m2/s;2222643646432,v2Re2320.965 10523377.81.844/v1.844 0.15e69123004 103.14 0.15 0.151.8440.0326/4LvLvL vppdvdddL vpdvvm sQms 解：假設(shè)流動(dòng)為層流64將=代入：d代入數(shù)據(jù)得：d驗(yàn)算是否為層流：R =計(jì)算題計(jì)算題3 3 經(jīng)過(guò)直徑經(jīng)過(guò)直徑d=300mmd=300mm管道的油體積流量管道的油體積流量Q=0.03m3/s,Q=0.03m3/s,油的油的 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度=120=12010-6m2/s10-6m2/s，求，求l=30l=30管段

30、的沿程損失。管段的沿程損失。262244 0.03v0.425/3.143.14 0.3 0.30.425 0.3Re1062.52300120 10640.0602Re30920 0.4250.060250020.32Qm sdvdL vppad 解：用直徑用直徑=0.25=0.25，長(zhǎng)，長(zhǎng)l=100l=100的新鑄鐵管保送水，流量的新鑄鐵管保送水，流量=0.05m3/s=0.05m3/s，水運(yùn)動(dòng)粘度，水運(yùn)動(dòng)粘度=1.007=1.00710-6m2/s10-6m2/s，求沿程水頭，求沿程水頭損失損失hfhf。計(jì)算題計(jì)算題4 42622244 0.05v1.019/3.143.14 0.25

31、0.251.019 0.25Re25300023001.007 100.00030.3mm,0.00120.250.0251001000 1.0190.0255191.820.2525191.8h21000fQm sdvddLvppadpL vgdg 解：查表，鑄管查莫迪圖可得：0.539.8計(jì)算題計(jì)算題5 5 為測(cè)定為測(cè)定900900彎頭的部分阻力系數(shù)彎頭的部分阻力系數(shù)，采用，采用d=50mmd=50mm的程度放置管路，讓水流經(jīng)的程度放置管路，讓水流經(jīng)過(guò)一個(gè)彎頭，測(cè)定彎頭前后的靜壓力。知兩測(cè)點(diǎn)間的管長(zhǎng)為過(guò)一個(gè)彎頭，測(cè)定彎頭前后的靜壓力。知兩測(cè)點(diǎn)間的管長(zhǎng)為10m10m，=0.03=0.03，實(shí)

32、測(cè)數(shù)據(jù)如下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下1 1彎頭前后兩點(diǎn)靜壓頭降落為彎頭前后兩點(diǎn)靜壓頭降落為6168.6N/m26168.6N/m22 2兩分鐘內(nèi)流兩分鐘內(nèi)流出的水量為出的水量為0.329m30.329m3，求，求.222112212220.329442 60v1.397/3.143.14 0.05 0.05pp022126168.6h0.6291000 9.8hd2gh2 9.8 0.6290vd1.397ffffQm sdvvhggggppg2解：設(shè)所測(cè)兩點(diǎn)為1，2兩點(diǎn)由于 ， 點(diǎn)處均為充分發(fā)展，速度相同阻力損失包括沿程阻力損失和局部阻力損失Lv（+ ）2gL所以10.036.31760.3170.05

33、計(jì)算題計(jì)算題6 6 有一供水管道，直徑有一供水管道，直徑d=150mm,d=150mm,長(zhǎng)長(zhǎng)700m700m，沿途有三個(gè)閥門(mén)，每一個(gè)閥門(mén)的，沿途有三個(gè)閥門(mén)，每一個(gè)閥門(mén)的阻力系數(shù)阻力系數(shù)=2.9=2.9，管中平均流速，管中平均流速u(mài)=1.13m/su=1.13m/s，沿程阻力系數(shù)，沿程阻力系數(shù)=0.02=0.02，求，求水經(jīng)過(guò)這段管路后的總阻力。水經(jīng)過(guò)這段管路后的總阻力。2hd0.047h6.647 1000 9.865140ffmH Opgpa 22解：阻力損失包括沿程阻力損失和局部阻力損失Lv（+3 ）2g7001.13（+3）2 9.8第五章邊境層知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第五章邊境

34、層知識(shí)點(diǎn)總結(jié)1 1 為什么要研討邊境層？什么條件下要思索邊境層？為什么要研討邊境層？什么條件下要思索邊境層？2 2 邊境層的描畫(huà)及特點(diǎn)邊境層的描畫(huà)及特點(diǎn)1 1邊境層厚度的定義邊境層厚度的定義3 3 邊境層的根本問(wèn)題如下：邊境層的根本問(wèn)題如下：1 1邊境層的厚度；邊境層的厚度；2 2邊境層中的流態(tài)；邊境層中的流態(tài)；3 3邊境層中速度的分布；邊境層中速度的分布；4 4邊境層中粘性流體對(duì)固壁的作用；邊境層中粘性流體對(duì)固壁的作用；5 5邊境層的控制。邊境層的控制。4 如何研討邊境層的速度分布？如何研討邊境層的速度分布？邊境層厚度？阻力計(jì)算？邊境層厚度？阻力計(jì)算？1平板層流邊境層厚度計(jì)算公式式平板層流邊

35、境層厚度計(jì)算公式式5-142平板層流壁面摩擦阻力計(jì)算公式式平板層流壁面摩擦阻力計(jì)算公式式5-17，5-183平板湍流邊境層厚度計(jì)算公式式平板湍流邊境層厚度計(jì)算公式式5-424平板湍流壁面摩擦阻力計(jì)算公式式平板湍流壁面摩擦阻力計(jì)算公式式5-435整個(gè)混合邊境層摩擦阻力計(jì)算整個(gè)混合邊境層摩擦阻力計(jì)算5-44思索題思索題1 1 建立邊境層的意義？建立邊境層的意義？2 2 什么是邊境層？什么是邊境層？3 3 什么是層流邊境層和紊流邊境層及邊境層的厚什么是層流邊境層和紊流邊境層及邊境層的厚度？度？4 4 簡(jiǎn)述邊境層的構(gòu)成與特點(diǎn)簡(jiǎn)述邊境層的構(gòu)成與特點(diǎn)5 5 馮馮. .卡門(mén)動(dòng)量方程的物理意義卡門(mén)動(dòng)量方程的物

36、理意義計(jì)算題計(jì)算題1 12020空氣的粘度為空氣的粘度為15mm2/s15mm2/s，以，以17m/s17m/s速度流過(guò)平板，試計(jì)算離進(jìn)口速度流過(guò)平板，試計(jì)算離進(jìn)口3m3m處平板邊境層厚度。設(shè)處平板邊境層厚度。設(shè)1 1全板層流；全板層流；2 2全板湍流。全板湍流。661511655m1733.64105(1)xRe3550.0079Re3.64100.381(2)xRe0.3810.381x=30.057Re(3.6410 )xmm-52-5解：已知大氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)=1.510/svLRe=1.510如果為層流，依據(jù)如果為湍流，依據(jù)計(jì)算題計(jì)算題2長(zhǎng)長(zhǎng)3m寬寬1m的光滑平板以的光滑平板以V=5

37、0m/s速度無(wú)攻角等速速度無(wú)攻角等速飛行。知空氣的飛行。知空氣的v=15mm2/s,離前緣離前緣0.9m處邊境層處邊境層內(nèi)流動(dòng)由層流轉(zhuǎn)為湍流，求平板一個(gè)側(cè)面上所受的內(nèi)流動(dòng)由層流轉(zhuǎn)為湍流，求平板一個(gè)側(cè)面上所受的阻力。阻力。6tr7L15m50 0.93 10 ,870050 31 100.0740.074ReRe(1 1DLLAAC -52-5-5解：這屬于既有層流又有湍流的邊界層的阻力計(jì)算。先計(jì)算轉(zhuǎn)捩點(diǎn)處的雷諾數(shù)，然后查書(shū)103頁(yè)表5-3，找出對(duì)應(yīng)的A值，然后應(yīng)用公式5-44或5-48計(jì)算阻力系數(shù)。已知大氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) =1.5 10/svLRe =查表得1.5 10vLRe =1.5 10

38、依據(jù)公式17752.582287000.002081 100 )0.4550.00213l ReRev1.248 500.002083 1 9.7322DLLDACDCAN 也可以依據(jù)公式（g） 計(jì)算題計(jì)算題3 3 流體流動(dòng)為不可壓流體穩(wěn)定流動(dòng)，流體流動(dòng)為不可壓流體穩(wěn)定流動(dòng)，u=0.731pa.s, =925kg/m3u=0.731pa.s, =925kg/m3的油以的油以0.6m/s0.6m/s速度平行地流過(guò)一塊長(zhǎng)為速度平行地流過(guò)一塊長(zhǎng)為0.5m0.5m，寬為，寬為0.15m0.15m的光的光滑平板，求邊境層最大厚度及平板所受的阻力。滑平板，求邊境層最大厚度及平板所受的阻力。m0.6 0.5

39、379.65xRe0.5550.128Re379.60.664 vRe0.664 0.731 0.6 0.15379.60.851xmDbN -42-4解：0.731已知該流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) =7.9 10/s925vLRe=7.9 10所以該邊界層為層流邊界層，依據(jù)第六章第六章 射流射流1 1 什么是射流、射流的分類與自在射流的構(gòu)造圖什么是射流、射流的分類與自在射流的構(gòu)造圖2 2 圓形湍流自在射流不同階段速度分布特點(diǎn)圓形湍流自在射流不同階段速度分布特點(diǎn)3 3 簡(jiǎn)述射流的卷吸和引射效應(yīng)簡(jiǎn)述射流的卷吸和引射效應(yīng)4 4 簡(jiǎn)述旋轉(zhuǎn)射流及其特性簡(jiǎn)述旋轉(zhuǎn)射流及其特性5 5 旋轉(zhuǎn)射流的強(qiáng)度及計(jì)算公式旋轉(zhuǎn)射

40、流的強(qiáng)度及計(jì)算公式第七章第七章 可緊縮氣體的流動(dòng)可緊縮氣體的流動(dòng)n試推導(dǎo)公式試推導(dǎo)公式 并簡(jiǎn)述公式每項(xiàng)意并簡(jiǎn)述公式每項(xiàng)意義。義。n什么是馬赫數(shù)？如何用它判別流動(dòng)速度？什么是馬赫數(shù)？如何用它判別流動(dòng)速度？n列出可緊縮氣體一元穩(wěn)定等熵流動(dòng)的根本方列出可緊縮氣體一元穩(wěn)定等熵流動(dòng)的根本方程。程。n什么是滯止形狀，臨界形狀和極限形狀什么是滯止形狀，臨界形狀和極限形狀? ? n氣流常數(shù)與流通量的關(guān)系和漸縮噴管與拉瓦氣流常數(shù)與流通量的關(guān)系和漸縮噴管與拉瓦爾噴管的任務(wù)原理？爾噴管的任務(wù)原理？dpakRTd 計(jì)算題計(jì)算題1 1 一人頭上一人頭上500500米空中有一架飛機(jī)，飛機(jī)前進(jìn)了米空中有一架飛機(jī)，飛機(jī)前進(jìn)了

41、10001000米時(shí)，此人才聽(tīng)到飛機(jī)的聲音，大氣的溫度米時(shí)，此人才聽(tīng)到飛機(jī)的聲音，大氣的溫度為為288K288K，求飛機(jī)飛行的速度，求飛機(jī)飛行的速度V V、馬赫數(shù)、馬赫數(shù)M M及聲波從及聲波從發(fā)出地點(diǎn)發(fā)出地點(diǎn)A A傳入人耳的時(shí)間傳入人耳的時(shí)間t t。2220.120.1 28834150050011181000500341 1118762.5m/500762.52.25341x500,5001000aKRTTVVVVVVsVMaA解：首先分析題意如右圖，飛機(jī)從A點(diǎn)起飛，經(jīng)過(guò)人時(shí)，位置為上空500m。當(dāng)人聽(tīng)到A點(diǎn)發(fā)出的聲音時(shí)，飛機(jī)已經(jīng)到了C點(diǎn)，則 為馬赫角。sin又sin所以所以人最先聽(tīng)到的聲音

42、是出發(fā)點(diǎn) 發(fā)出的擾動(dòng)。2501.639sxmA1000+250從 點(diǎn)發(fā)出的聲音傳入人耳的時(shí)間t=762.5計(jì)算題計(jì)算題2 2有一貯氣罐，其中緊縮空氣的壓力有一貯氣罐，其中緊縮空氣的壓力p0=490350N/m2p0=490350N/m2，溫度溫度T0=293KT0=293K，緊縮空氣從某噴管中流出的馬赫，緊縮空氣從某噴管中流出的馬赫數(shù)數(shù)M=0.8M=0.8，試求滯止音速，當(dāng)?shù)匾羲伲瑲怏w噴出，試求滯止音速，當(dāng)?shù)匾羲伲瑲怏w噴出速度及出口壓力各為假設(shè)干？速度及出口壓力各為假設(shè)干？ 002121k2083131.4293343/2911.4 1727(1)293 (10.8 )259.72283141

43、.4259.7323/29v323 0.8258.4/121.4 14903502akRTm skMkRTm saMm skppMp0k-1解：滯止音速由公式得，T=T所以當(dāng)?shù)匾羲賏氣體噴出速度依據(jù)公式7-28，出口壓力（1+）（1+1.420.8321680pa1.4-1）計(jì)算題計(jì)算題3 3知緊縮空氣的原始?jí)毫χo縮空氣的原始?jí)毫0=117030N/m2p0=117030N/m2，密度，密度0=1.32kg/m30=1.32kg/m3，出口處壓力，出口處壓力p=101340N/m2p=101340N/m2，求，求出口流速。假設(shè)出口流速。假設(shè)p0p0添加到添加到234100N/m223410

44、0N/m2，0=2.64kg/m30=2.64kg/m3，出口壓力不變，流速又為多少？，出口壓力不變，流速又為多少？00011.4 11.400pp,0.5280.528p1013400.8660.5281170307421170301 ()1 (0.866)151.32eekkpppppp解：先求看它與相比哪一個(gè)大。如大于，則為亞音速流動(dòng)。如果小于0.528，則為超音速流動(dòng)，但漸縮管是不可能達(dá)到超音速的，必須按照臨界狀態(tài)計(jì)算。（1）可按公式計(jì)算2k2 1.4v=k-11.4-1011.4 11.4008/p101340(2)0.4330.5282341002341001 ()1 (0.528

45、)321.8m/2.64ekkm spppsp這時(shí)出口處的實(shí)際壓力比仍為0.528，故流速按照臨界條件計(jì)算，即：2k2 1.4v=k-11.4-100計(jì)算題計(jì)算題4 4有一向熔池外表吹氧的噴管，氧氣滯止參有一向熔池外表吹氧的噴管，氧氣滯止參數(shù)數(shù)P0=11P0=11個(gè)大氣壓，個(gè)大氣壓，T0=313KT0=313K，0=13.2kg/m30=13.2kg/m3，爐膛氣壓為，爐膛氣壓為1 1個(gè)大氣壓，個(gè)大氣壓，假設(shè)規(guī)定質(zhì)量流量假設(shè)規(guī)定質(zhì)量流量G=2.74kg/sG=2.74kg/s，計(jì)算噴管，計(jì)算噴管主要尺寸及出口音速、溫度及馬赫數(shù)。主要尺寸及出口音速、溫度及馬赫數(shù)。1.411.4 10111222

46、000022()()11 0.528 11 10000 58080011.4 12228314va()()()1.4313 308 /111.4 1322.743130.04040.0404 11kkppakakRTm skkG TP解（1）先確定臨界參數(shù)，對(duì)氧k=1.4臨界壓力p臨界速度利用公式7-49計(jì)算臨界截面積A20.00109m1000004 0.001090.0367m 36.7mm3.14d臨界截面的直徑11.4 151.4001 1.4101.40(2)11 1011 ()1 ()532.7m/13.21111()313 ()157.818314k1.4157.8239.6/3

47、22.223kkKKppspPTTKPm s確定出口諸參數(shù)和出口截面尺寸2k2 1.4v=k-11.4-1出口溫度出口音速a=RTv532.7出口馬赫數(shù)M=a239.6參考公式7-502 32 33323(1 0.2)1.73(1 0.2 2.223 )1.09 102.2 10 m1.73 2.2234 2.2 100.053m3.14MM，出口截面積A=A出口直徑d=P0氣固兩相流思索題與計(jì)算題氣固兩相流思索題與計(jì)算題1 1 球型顆粒阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系球型顆粒阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系2 2 空隙率，當(dāng)量直徑，比外表的定義空隙率，當(dāng)量直徑，比外表的定義3 3 埃根方程的表達(dá)式和物理意義埃根方程的表達(dá)式和物理意義4 4 流化床層壓降與氣體流速的關(guān)系曲線流化床層壓降與氣體流速的關(guān)系曲線5 5 何為氣力保送系統(tǒng)何為氣力保送系統(tǒng)6 6 如何確定氣動(dòng)保送的最低氣流速度如何確定氣動(dòng)保送的最低氣流速度n計(jì)算題計(jì)算題1 1 n 燒結(jié)鐵礦粉是一項(xiàng)重