冶金傳輸原理動(dòng)量傳輸

冶金傳輸原理動(dòng)量傳輸?shù)谝豁?yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二前言一、冶金傳輸原理的課程性質(zhì)

該課是冶金工程類專業(yè)基礎(chǔ)課程。其特點(diǎn)是運(yùn)用到較多高等數(shù)學(xué)方面知識(shí)，課程難度較高，該課與冶金熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)、金屬學(xué)共同構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)核心課程。第二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

顧名思義，冶金傳輸原理主要是研究和分析冶金過(guò)程傳輸規(guī)律、機(jī)理和研究方法。主要內(nèi)容包括冶金過(guò)程中的動(dòng)量傳遞（流體流動(dòng)行為）、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三大部分。二、冶金傳輸原理課程的內(nèi)容第三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二使冶金物理過(guò)程得到深入而定量的求解；對(duì)冶金過(guò)程及現(xiàn)象認(rèn)識(shí)由表及里。傳輸原理在冶金過(guò)程中的作用第四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

學(xué)習(xí)冶金傳輸原理的目的：深入理解各種傳輸現(xiàn)象的機(jī)理，為理解冶金工藝過(guò)程奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)改進(jìn)和優(yōu)化各種冶金過(guò)程和設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作及控制提供理論依據(jù)；為將來(lái)所要研究和開(kāi)發(fā)的冶金過(guò)程提供基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)，可以對(duì)冶金過(guò)程進(jìn)行模擬研究，加速研發(fā)過(guò)程，降低研發(fā)成本。第五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二質(zhì)量傳遞三、傳輸現(xiàn)象在冶金過(guò)程中普遍性及重要性1

大多數(shù)冶金過(guò)程都是高溫、多相條件下進(jìn)行的物理化學(xué)過(guò)程，每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都包含以下反應(yīng)步驟：

第六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二①反應(yīng)物向反應(yīng)面（反應(yīng)區(qū)域）的運(yùn)動(dòng)（傳輸、傳遞、輸運(yùn)）；②在反應(yīng)區(qū)域（反應(yīng)界面）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；③化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的排出（傳輸）。第七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

在以上三步驟中速率（速度）最慢的一步將限制（控制）化學(xué)反應(yīng)的速率——化學(xué)反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)（瓶頸）。

以后冶金原理會(huì)告訴我們，冶金反應(yīng)大都不受化學(xué)反應(yīng)速率的影響（第二步是非限制性環(huán)節(jié)），即反應(yīng)物或產(chǎn)物的運(yùn)動(dòng)

(質(zhì)量傳遞)將控制整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。

第八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2

為使化學(xué)反應(yīng)高效、快速進(jìn)行，必須采取措施加速質(zhì)量傳遞，這就要研究質(zhì)量傳輸?shù)臋C(jī)理，討論研究方法。熱量傳遞

冶金過(guò)程一般是高溫過(guò)程，這就要求我們調(diào)整和保持冶金容器（反應(yīng)器）內(nèi)溫度，從而有必要對(duì)熱量傳遞和溫度分布進(jìn)行研究。第九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二動(dòng)量傳遞3

冶金過(guò)程離不開(kāi)氣體、液體（統(tǒng)稱為流體），它們的流動(dòng)狀況（速度、分布）對(duì)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞構(gòu)成影響，且一般情況下又控制其它兩項(xiàng)的傳輸過(guò)程，這就要求我們對(duì)動(dòng)量傳遞過(guò)程（主要指速度、速度分布、作用力）進(jìn)行研究。第十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二四、為什么把“三傳”放在一起講①“三傳”具有共同的物理本質(zhì)——都是物理過(guò)程。②“三傳”具有類似的表述方程和定律。③在實(shí)際冶金過(guò)程中往往包括有兩種或兩種以上傳輸現(xiàn)象，它們同時(shí)存在，又相互影響。第十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二五、冶金傳輸原理與冶金熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系冶金傳輸原理：研究冶金過(guò)程物理現(xiàn)象與其機(jī)理。冶金物理化學(xué)：研究冶金反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程與其機(jī)理。第十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、課程內(nèi)容具有較大難度；2、緊抓思路和方法；3、及時(shí)復(fù)習(xí)和練習(xí)。六：幾點(diǎn)說(shuō)明第十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二流程第十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第一章動(dòng)量傳輸?shù)幕靖拍?.1動(dòng)量傳輸?shù)难芯繉?duì)象和方法1.2流體的主要物理性質(zhì)1.3牛頓粘性定律1.4作用在流體上的力第十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.1動(dòng)量傳輸研究的對(duì)象與方法動(dòng)量傳輸是研究流體在外界作用下（力的作用下）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué)——流體力學(xué)。研究對(duì)象——流體（氣體、液體）研究方法——連續(xù)介質(zhì)模型

第十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二連續(xù)介質(zhì)模型

連續(xù)介質(zhì)：把流體視為有大量宏觀上的質(zhì)點(diǎn)(單元大小?Vc)連續(xù)來(lái)構(gòu)成的(質(zhì)點(diǎn)間無(wú)間隙)。

好處：流體的速度、壓強(qiáng)、溫度、密度、濃度等屬性都可看做時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，從而可以利用數(shù)學(xué)上連續(xù)函數(shù)的方法來(lái)定量描述。

流場(chǎng)：將上述連續(xù)介質(zhì)模型描述的流體叫流場(chǎng)，或流體流動(dòng)的全部范圍叫流場(chǎng)。第十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）密度（/相對(duì)密度)（2）重度（比重）（3）比體積(比容）（4）粘性（5）壓縮性與膨脹性（6）表面張力特性第十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二密度——單位體積內(nèi)流體的質(zhì)量稱為流體的密度，通常用符號(hào)ρ表示。

——單位質(zhì)量流體所占的體積稱為流體的比容，通常用符號(hào)v表示。kg/m3m3/kg第二十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二——單位體積內(nèi)流體所受的重力稱為流體的重度，通常用符號(hào)γ表示。N/m3流體的密度、比容和重度均是溫度和壓力（壓強(qiáng)）的函數(shù)，因此在給出流體的上述物理性質(zhì)時(shí)，一定要說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的溫度與壓力第二十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二溫度(℃)0420406080100密度ρ(kg/m3)999.81000.0998.2992.2983.2971.8958.4重度γ(N/m3)9805.09807.09789.39730.59642.29530.49399.0比容ν×103(m3/kg)1.00021.00001.00181.00791.01711.02901.0434標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下不同溫度時(shí)水的密度、比容和重度液體種類乙醇（酒精）苯甘油汞（水銀）液態(tài)氫液態(tài)氧溫度(℃)2020200-257-195密度ρ(kg/m3)789895125813600721206重度γ(N/m3)773887771233713337570611827標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下常見(jiàn)液體的密度和重度液體的密度第二十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二氣體的密度對(duì)于理想氣體可由氣體狀態(tài)方程計(jì)算【例1-1】計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣、氧氣和氮?dú)獾拿芏??！窘狻繕?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，溫度和壓力分別為：T0=273.15K，p0=101325Pa?？諝獾哪栙|(zhì)量為：Ma=29因此，空氣的氣體常數(shù)為：Ra=8314//29=287（J/(kg.K)第二十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二——流體抵抗流體質(zhì)點(diǎn)（或流層）之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者抵抗流體剪切變形的性質(zhì)稱為流體的粘性。τ——單位面積的剪切力，即切應(yīng)力，Pa；μ——為動(dòng)力粘度系數(shù)，簡(jiǎn)稱粘度，Pa·s；ν——運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。第二十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二溫度(℃)動(dòng)力粘度μ×103

（Pa.s)運(yùn)動(dòng)粘度ν×106

（m2/s)溫度(℃)動(dòng)力粘度μ×103

（Pa.s)運(yùn)動(dòng)粘度ν×106（m2/s)01.7921.792500.5490.55651.5191.519600.4690.477101.3081.308700.4060.415201.0051.007800.3570.367300.8010.804900.3170.328400.6560.6611000.2840.296不同溫度下水的粘度溫度(℃)動(dòng)力粘度μ×105（Pa.s)運(yùn)動(dòng)粘度ν×105

（m2/s)溫度(℃)動(dòng)力粘度μ×105（Pa.s)運(yùn)動(dòng)粘度ν×105（m2/s)-201.611.15401.901.6801.711.32602.001.87101.761.41802.092.09201.811.501002.182.31301.861.602002.583.45不同溫度下空氣的粘度4、粘性第二十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二【例1-2】如圖所示，有一軸承長(zhǎng)L=0.5m，軸承的直徑D=150mm，軸承與軸之間的間隙δ=0.25mm，間隙內(nèi)充滿潤(rùn)滑油，當(dāng)軸以n=400r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測(cè)得轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率為N=456W。求潤(rùn)滑油的粘度?！窘狻?、粘性(Pa.s)第二十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二——在溫度保持恒定的情況下，流體的體積隨著壓強(qiáng)的增加而減小的特性稱為流體的壓縮性，通常用壓縮性系數(shù)β表示?！趬簭?qiáng)保持恒定的情況下，流體的體積隨溫度升高而增加（體積膨脹）的特性成為流體的膨脹性。通常用流體的（熱）膨脹系數(shù)α定量表征流體的膨脹性。第二十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二壓強(qiáng)（MPa）溫度（℃）1~1010~2040~5060~7090~1000.10.14×10-41.50×10-44.22×10-45.56×10-47.19×10-4100.43×10-41.65×10-44.22×10-45.48×10-47.04×10-4200.72×10-41.83×10-44.26×10-45.39×10-4-501.49×10-42.36×10-44.29×10-45.23×10-46.61×10-4902.29×10-42.89×10-44.37×10-45.14×10-46.21×10-4不同溫度壓強(qiáng)下水的熱膨脹系數(shù)1/K

理想氣體的膨脹性第二十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.3作用在流體上的力第三十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二章流體運(yùn)動(dòng)的描述2.1描述流體運(yùn)動(dòng)的方法歐拉拉格朗日第三十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.2梯度、散度和旋度設(shè)體系中某處的物理參數(shù)(如溫度、速度、濃度等)為w，在與其垂直距離的dy處該參數(shù)為w+dw，則dw/dy稱為該物理參數(shù)的梯度，也即該物理參數(shù)的變化率。如果參數(shù)為速度、濃度或溫度，則分別稱為速度梯度、濃度梯度或溫度梯度。梯度——在標(biāo)量場(chǎng)f中的一點(diǎn)處存在一個(gè)矢量G，該矢量方向?yàn)閒在該點(diǎn)處變化率最大的方向，其模也等于這個(gè)最大變化率的數(shù)值，則矢量G稱為標(biāo)量場(chǎng)f的梯度。等值面——在空間上某一物理量數(shù)值相等的點(diǎn)構(gòu)成的面。第三十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二散度——在某一矢量場(chǎng)內(nèi)取一點(diǎn)P，圍繞P取一體積V的封閉曲面，從此曲面流出的場(chǎng)量的體積流量與該曲面所包圍的體積之比的極限。2.2梯度、散度和旋度第三十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二散度可描述矢量源（匯）及矢量場(chǎng)流體的膨脹速度。在直角坐標(biāo)系下，取六面體而

有源或體積膨脹該場(chǎng)無(wú)源或只在P點(diǎn)有源有匯或體積收縮第三十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二旋度

——反映流體的旋轉(zhuǎn)程度的物理量

2.2梯度、散度和旋度第三十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.3流體運(yùn)動(dòng)的描述跡線——在采用拉格朗日方法描述流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于其中的任一質(zhì)點(diǎn)，隨著時(shí)間的變化留下的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為流體的跡線。因此跡線實(shí)際上就是流體質(zhì)點(diǎn)或微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。流線——采用歐拉方法描述流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，為反映流體在整個(gè)區(qū)域的流動(dòng)方向，提出了流線的概念。流線是流場(chǎng)中某一時(shí)刻流體運(yùn)動(dòng)方向線，也即在流線上每一點(diǎn)的切線方向就是流體的運(yùn)動(dòng)方向。第三十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二流線和跡線之間的區(qū)別和聯(lián)系：流線是同一時(shí)刻連續(xù)質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向線，而跡線是同一質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間內(nèi)的流動(dòng)軌跡線；流場(chǎng)中通過(guò)每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻均能畫出唯一的一條流線，而流體的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)區(qū)域內(nèi)均有唯一的跡線；流線和跡線都只能是光滑的曲線或直線，不能是折線；由于在任一點(diǎn)上只能有一個(gè)速度方向，因此流線不能相交，而跡線可描述的不同質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的軌跡，因此跡線有可能相交；在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)中，流線和跡線是重合的，而在非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)中，流線和跡線不重合。因此只有在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)中才能用流線代替跡線。2.3流體運(yùn)動(dòng)的描述第三十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.3流體運(yùn)動(dòng)的描述跡線方程流線方程第三十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.1連續(xù)性方程第三十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.1連續(xù)性方程第四十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.1連續(xù)性方程（1）對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：

（2）對(duì)于不可壓縮流體：（3）對(duì)于二維流動(dòng)：（4）對(duì)于一元流動(dòng)：第四十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.1連續(xù)性方程

柱坐標(biāo)下連續(xù)性方程：穩(wěn)態(tài)時(shí)，柱坐標(biāo)下連續(xù)性方程：第四十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.1以應(yīng)力表示的粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程式（1）粘性流體的內(nèi)應(yīng)力第四十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.1以應(yīng)力表示的粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程式（1）粘性流體的內(nèi)應(yīng)力第四十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.1以應(yīng)力表示的粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程式（2）以應(yīng)力表示的動(dòng)量平衡方程：第四十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.2納維斯托克斯方程（1）切應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：（2）正應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系第四十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.2納維斯托克斯方程（2）納維斯托克斯方程第四十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.2納維斯托克斯方程（2）納維斯托克斯方程第四十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.2粘性流體動(dòng)量平衡方程——納維斯托克斯方程

3.2.2納維斯托克斯方程（2）納維斯托克斯方程第四十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.3理想流體動(dòng)量平衡方程——?dú)W拉方程

第五十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程分別乘以dxdydz第五十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程第五十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程第五十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程單位質(zhì)量單位體積單位重量密度為常數(shù)時(shí)：第五十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程伯努利方程的物理意義第五十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程伯努利方程的物理意義第五十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程伯努利方程的物理意義第五十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程速度為0時(shí)第五十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程速度為0時(shí)第五十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程速度為0時(shí)第六十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程（元流）伯努利方程的應(yīng)用，，，

若被測(cè)流體為氣體，則第六十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程（元流）伯努利方程的應(yīng)用，，，

如圖所示，采用畢托管測(cè)定管道中心空氣的流速，U形管內(nèi)測(cè)壓液體為水，液面差為30mm，空氣密度為1.2kg/m3，水的密度為998kg/m3。試計(jì)算管道中心的空氣流速。第六十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程實(shí)際流體的伯努利方程，，，

單位質(zhì)量單位體積單位重量第六十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三章動(dòng)量傳輸基本方程3.4一元流體動(dòng)量方程——伯努利方程實(shí)際流體的伯努利方程，，，

第六十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.1流體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)雷諾實(shí)驗(yàn)，，，

第六十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.1流體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)形態(tài)的判定依據(jù)——雷諾數(shù)，，，

影響流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的因素共有四個(gè)：（1）流體流動(dòng)速度（2）管道直徑（內(nèi)徑）（3）流體動(dòng)力粘度（4）流體密度。

第六十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.1流體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)臨界雷諾數(shù)，，，

。

層流紊流（湍流）臨界雷諾數(shù)第六十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失圓管內(nèi)層流速度分布，，，

。

第六十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失圓管內(nèi)層阻力損失，，，

。

第六十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失圓管內(nèi)湍流流動(dòng)與速度分布，，，

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速度的脈動(dòng)湍流速度分布第七十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失尼古拉茲阻力實(shí)驗(yàn)，，，

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湍流速度分布第七十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失尼古拉茲阻力實(shí)驗(yàn)，，，

。

第I區(qū)——層流區(qū)。第II區(qū)——臨界區(qū)第III區(qū)——紊流光滑區(qū)第IV區(qū)——紊流過(guò)渡區(qū)第V區(qū)——紊流粗糙區(qū)第七十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失常用阻力系數(shù)計(jì)算公式，，，

。

第七十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失莫迪圖，，，

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第七十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失例題第七十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.2不可壓縮流體的管流沿程阻力損失例題第七十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.3不可壓縮流體的管流局部阻力損失常見(jiàn)局部件第七十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.3不可壓縮流體的管流局部阻力損失常見(jiàn)局部件蝶閥第七十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.3不可壓縮流體的管流局部阻力損失局部阻力系數(shù)的影響因素托然擴(kuò)大管道的局部阻力系數(shù)第七十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.3不可壓縮流體的管流局部阻力損失其它局部阻力系數(shù)第八十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.3不可壓縮流體的管流局部阻力損失其它局部阻力系數(shù)第八十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.4管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路——簡(jiǎn)單管路是指具有相同管徑且沿程管路沒(méi)有分叉（即流量相等）的管路。第八十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.4管路計(jì)算復(fù)雜管路——有兩根或兩根以上的簡(jiǎn)單管路組成的管路或者說(shuō)除了簡(jiǎn)單管路以外的所有管路均可稱為復(fù)雜管路。第八十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.4管路計(jì)算復(fù)雜管路——有兩根或兩根以上的簡(jiǎn)單管路組成的管路或者說(shuō)除了簡(jiǎn)單管路以外的所有管路均可稱為復(fù)雜管路。第八十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.4管路計(jì)算管路的串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián)管路具有如下特征：并聯(lián)管路具有如下特征：第八十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.5流體由流出孔口液體自容器孔口流出

第八十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.5流體由流出孔口液體自容器孔口流出

第八十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.5流體由流出孔口液體自容器孔口流出

第八十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四章管道中的流動(dòng)和孔口流出4.5流體由流出孔口

不可壓縮氣體自容器孔口流出第八十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第五章邊界層5.1邊界層的概念

第九十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論實(shí)際工程問(wèn)題：靠近固體壁面的一薄層流體速度變化較大，而其余部分速度梯度很小

遠(yuǎn)離固體壁面，視為理想流體－－歐拉方程、伯努利方程靠近固體壁面的一薄層流體，進(jìn)行控制方程的簡(jiǎn)化－－流動(dòng)邊界層1904年普朗特首先提出邊界層厚度流體流動(dòng)的控制方程是非線性的偏微分方程組，處理非線性偏微分方程依然是當(dāng)今科學(xué)界的一大難題第九十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論5.1邊界層理論的基本概念流體在繞過(guò)固體壁面流動(dòng)時(shí)，緊靠固體壁面形成速度梯度較大的流體薄層稱為流動(dòng)邊界層。邊界層的定義流速相當(dāng)于主流區(qū)速度的0.99處到固體壁面間的距離定義為邊界層的厚度。層流底層第九十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二平板繞流層流區(qū)：流體作層流流動(dòng)。邊界層厚度隨進(jìn)流深度增加不斷增加，但變化較平緩。湍流區(qū)：流體作湍流流動(dòng)。邊界層厚度隨進(jìn)流深度的增加迅速增加。過(guò)渡區(qū)：流動(dòng)狀態(tài)不確定。邊界層厚度隨進(jìn)流深度的增加而增加的相對(duì)較快。邊界層的形成與特點(diǎn)：第九十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZW5.邊界層理論5.2平面層流邊界層微分方程主流區(qū)：歐拉方程、柏努利方程微分方程的建立邊界層內(nèi)部－連續(xù)性方程和N－S方程的簡(jiǎn)化數(shù)量級(jí)分析：規(guī)定:第九十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論5.2平面層流邊界層微分方程微分方程的建立普朗特邊界層微分方程邊界條件:第九十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論5.2平面層流邊界層微分方程微分方程的解－布拉修斯解方程簡(jiǎn)化：三維問(wèn)題偏微分方程組偏微分方程二維問(wèn)題偏微分方程常微分方程第九十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論5.2平面層流邊界層微分方程微分方程的解－布拉修斯解方程簡(jiǎn)化：第九十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論5.2平面層流邊界層微分方程微分方程的解－布拉修斯解方程簡(jiǎn)化：豪沃斯數(shù)值解：第九十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二ZHZWtransfers5.邊界層理論5.2平面層流邊界層微分方程微分方程的解－布拉修斯解龍格－庫(kù)塔系列計(jì)算方法是平板流動(dòng)邊界層微分方程解的最終結(jié)論。第九十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二邊界層積分方程的建立5.3邊界層積分方程5.邊界層理論第一百頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.3邊界層積分方程邊界層積分方程的建立第一百零一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.3邊界層積分方程邊界層積分方程的建立馮卡門方程簡(jiǎn)化的馮卡門方程第一百零二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.3邊界層積分方程層流邊界層積分方程的解層流第一百零三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.3邊界層積分方程層流邊界層積分方程的解簡(jiǎn)化積分方程的解第一百零四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.3邊界層積分方程湍流邊界層積分方程的解借助于圓管內(nèi)湍流速度分布假設(shè)：借助于圓管湍流阻力關(guān)系式方程的解比較：層流湍流第一百零五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二設(shè)空氣從寬為40cm的平板表面掠過(guò)，空氣的流速為2.6m/s，空氣在當(dāng)?shù)販囟认碌倪\(yùn)動(dòng)粘度為。試求流入深度為30cm處的邊界層厚度、距板面高y=4.0mm處的空氣流速？平板上表面受到的摩擦阻力?解：第一百零六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.4繞流摩擦阻力和顆粒沉降速度不可壓縮層流平板繞流摩擦阻力長(zhǎng)度L,寬度B的平板總阻力積分方程的解如果S用下式表示則第一百零七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.4繞流阻力和顆粒沉降速度不可壓縮湍流平板繞流摩擦阻力第一百零八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.4繞流阻力和顆粒沉降速度球形繞流體繞流阻力第一百零九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.邊界層理論5.4繞流阻力和顆粒沉降速度繞流升力第一百一十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.1可壓縮氣體流動(dòng)相關(guān)概念壓縮性與音速音速也叫聲速，指聲波在介質(zhì)中傳播的速度。因此與介質(zhì)的壓縮性有著密切的關(guān)系，是物質(zhì)的重要性質(zhì)之一。由于聲波是壓力波，其速度與微小壓力波傳遞的速度相同，因此可以通過(guò)對(duì)微弱擾動(dòng)的壓力波的傳遞速度過(guò)程對(duì)音速進(jìn)行分析。第一百一十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.1可壓縮氣體流動(dòng)相關(guān)概念壓縮性與音速絕對(duì)坐標(biāo)(b)相對(duì)坐標(biāo)壓力波的傳遞根據(jù)連續(xù)性方程可得：在忽略粘性力和質(zhì)量力時(shí)，在水平方向?qū)刂企w應(yīng)用動(dòng)量定理可得：第一百一十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.1可壓縮氣體流動(dòng)相關(guān)概念壓縮性與音速根據(jù)連續(xù)性方程可得：在忽略粘性力和質(zhì)量力時(shí)，在水平方向?qū)刂企w應(yīng)用動(dòng)量定理可得：消去dux通常所說(shuō)的音速340m/s是指常壓下，溫度15℃（288K）時(shí)聲音在空氣中的傳播速度。對(duì)于空氣絕熱指數(shù)κ=1.4。第一百一十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.1可壓縮氣體流動(dòng)相關(guān)概念馬赫數(shù)流體運(yùn)動(dòng)速度與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎刀x為馬赫數(shù)，用符號(hào)Ma表示。時(shí)，，氣體的運(yùn)動(dòng)速度小于音速，氣流處于亞音速流動(dòng)狀態(tài)。這是流體中參數(shù)的變化能夠像各個(gè)方向傳播；時(shí)，時(shí)，第一百一十四頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.2可壓縮氣體一元等熵流動(dòng)基本方程連續(xù)性方程動(dòng)量方程（運(yùn)動(dòng)方程）過(guò)程方程（等熵過(guò)程）狀態(tài)方程（理想氣體）第一百一十五頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.3一元等熵流動(dòng)基本特征滯止?fàn)顟B(tài)臨界狀態(tài)（速度為音速）極限狀態(tài)（T=0）第一百一十六頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.4氣流速度與截面積的關(guān)系第一百一十七頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.4氣流速度與截面積的關(guān)系當(dāng)Ma<1，v<a時(shí),氣體處于亞音速流動(dòng)狀態(tài)，dA與dv符號(hào)相反。此時(shí)隨著流通截面的增加，氣體的速度降低；而隨著流通截面的減小，氣體的速度增大。這一結(jié)論與不可壓縮流體流動(dòng)過(guò)程中截面與速度變化之間的關(guān)系是一致的；當(dāng)Ma>1，v>a時(shí),氣體處于超音速流動(dòng)狀態(tài)，dA與dv符號(hào)相同。此時(shí)隨著流通截面的增加，氣體的速度增大；而隨著流通截面的減小，氣體的速度減小。這一結(jié)論與不可壓縮流體流動(dòng)過(guò)程中截面與速度變化之間的關(guān)系絕然相反；上述分析說(shuō)明：在氣體處于亞音速流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，要使氣體速度提高可以采取減小氣體流動(dòng)截面積的方法實(shí)現(xiàn)；而當(dāng)氣體處于超音速流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，要使氣體流動(dòng)速度增加則必須使得氣體的流動(dòng)截面積繼續(xù)增大。當(dāng)Ma=1，v=a時(shí),氣體處于音速流動(dòng)狀態(tài)，dA等于零。說(shuō)明氣體處于音速流動(dòng)狀態(tài)時(shí)其流通截面的變化率一定為零。第一百一十八頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第6章可壓縮氣體的流動(dòng)6.5漸縮噴嘴與拉法爾噴嘴第一百一十九頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第7章相似原理與量綱分析7.1相似的概念——力學(xué)相似性原理力學(xué)相似——是指兩個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象中相應(yīng)點(diǎn)處的各物理量彼此之間互相平行（指向量物理量，如速度、力等）并且互相成一定的比例（指向量或標(biāo)量物理量的數(shù)值，標(biāo)量如長(zhǎng)度、時(shí)間等）。力學(xué)相似的必要條件:(1)幾何相似(2)運(yùn)動(dòng)相似(3)動(dòng)力相似(4)兩個(gè)流動(dòng)的邊界條件和初始條件相似。第一百二十頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第7章相似原理與量綱分析7.1相似的概念——力學(xué)相似性原理(1)幾何相似——力學(xué)相似的前提第一百二十一頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第7章相似原理與量綱分析7.1相似的概念——力學(xué)相似性原理(1)運(yùn)動(dòng)相似——力學(xué)相似的目的第一百二十二頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第7章相似原理與量綱分析7.1相似的概念——力學(xué)相似性原理(1)動(dòng)力相似——力學(xué)相似的保證式中，參數(shù)的右下標(biāo)v、P、G、I、E分別表示粘性力、壓力、重力、慣性力和彈性力。第一百二十三頁(yè)，共一百三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二第7章相似原理與量綱分析7.2相似特征數(shù)（相似準(zhǔn)