流体力学与传热复习提纲

1、流体力学与传热复习提纲流体力学与传热复习提纲第一章流体流动1）压强的表示方法绝对压：以绝对真空为基准的真实压强值表压：以大气压为基准的相对压强值卩绝=Pa P表如果绝对压小于表压，此时表压称为真空度。例题当地大气压为745mmH测得一容器内的绝 对压强为350mmHg|则真空度为。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg则其绝对 压强为。2）牛顿粘度定律的表达式及适用条件=呼适用条件：牛顿型流体dy卩-流体粘度3）粘度随温度的变化液体：温度上升，粘度下降；气体：变化趋势刚好和液体相反，温度上升，粘度增大。4）流体静力学基本方程式P2 =Pig（zi -北2）5）流体静力学基本方程式的应用 等

2、压面及其条件静止、连续、同种流体、同一水平面6）连续性方程对于稳定流动的流体，通过某一截面的质量流量 为一常数：ms =uA 二常数如果流动过程P不变，则A2u2 二 A®如果是圆管，则2 2d2u2 二di ui因此管径增大一倍，则流速成平方的降低。7）伯努利方程式的表达式及其物理意义、单位 不可压缩理想流体作稳定流动时的机械能衡算 式gZi 12-pL W gZ2uf -p x Wf2对于理想流动，阻力为0,机械能损失为0,且 又没有外加功，则gzi-u-,2-P1= gz2u2' -Pz12 1 22 2 ?物理意义：理想流体稳定流动时，其机械能守恒 注意伯努利方程的几

3、种表达形式和各物理量的 单位。置。忽 管出口 出口处例题如题图所示虹吸装 略在管内流动损失，虹吸 与罐底部相平，则虹吸管 的流速8）流型的判据流体有两种流型：层流，湍流。层流：流体质点只作平行管轴的流动，质点之间 无碰撞；湍流：流体质点除了沿管轴作主流运动外， 在其 它的方向上还作随机脉动，相互碰撞。流型的判据：Re<2000，流体在管内层流，为层流区;Re>4000，流体在管内湍流，为湍流区;9）流体在圆管内层流时的速度分布 层流时流体在某一截面各点处的速度并不相等, 在此截面上呈正态分布。Ur在管中心处的流速最大，其最大流速与平均流速 之间的关系：1u uc2 c10）直管阻力

4、损失的通式 流体流经水平均匀的直管，Wfl u2（静压能的减小）（范宁公式）范宁公式的三种表达形式（压力损失、阻力损失、 压头损失） 11）直管内层流时的阻力损失32Tud2由直管内层流时的阻力损失，可得直管内层流时 的摩擦系数：一 64Re例题 已知某油品在园管中稳定流动，其 Re= 1000。已测得管中心处的点速度为0.5m/s,则此 管截面上的平均速度为m/s。若油品流 量增加一倍，则每米直管的压头损失为原损失的 倍。（入和流速液有关系）例题 米糠油在管中作层流流动，若流量不变u,d不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失 d, l不变，油温升高，粘度为原来的1/2,则摩擦 阻力损失答：根据哈

5、根-泊谡叶方程.巾=甞 12）总阻力损失流体流通直管时存在阻力损失， 流通管件、设备 时，也存在阻力损失。TW 1leU(-)d 2 d2、为局部阻力系数，突然扩大时，z= 1;突然缩小时，z= 0.5。13）管路计算利用连续性方程、机械能衡算式、范宁公式、静 力学方程式，计算流速、流量、轴功率等。14）流速和流量的测量仪器皮托管、孔板、转子流量计三种常见的流量计 皮托管特点：1. 测量的是某一点的流速，而不是管截面的 平均流速2. 皮托管平行于管轴放置3. 内管口正对流体，外管壁的小孔与流动方 向垂直4. 属变压头流量计孔板流量计特点：1. 测量孔口处的流速2. 利用孔板处静压能的不同测量流

6、速、流量，属变压头流量计3. 孔板流量计流速的计算公式:Co为流量系数 转子流量计特点：1. 倒锥形的玻璃管2. 测量时转子上下截面的压差不随流量变化， 但截面却发生变化，属变截面的流量计3. 读数读最大投影面积处4. 转子流量计用20C水或者20C、1atm下的 空气进行标定，如果测量其它流体或者非此状 态下的空气，需要重新标定。例题用泵将密度为850kg/m3,粘度为0.佃0Pa?s 的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度为 20m。输送管路为© 108X 4mm钢管，总长为 1000m （包括直管长度及所有局部阻力的当量长 度）。管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流 量，其

7、油水压差计的读数 R = 500mm。孔流系数Co= 0.62，水的密度为1000kg/m3。试求：输油量是多少m3/h?（2）若泵的效率为0.55,计算泵的轴功率。解：孔径处流速u°=Co 2gRd =0.62 2 981 05（1°°0-85°）=0.816m/s. 匸.850Vd2 巾816 0.785 0.082 3600 十7心在贮油池液面1 T与高位槽液面2-2'、可列柏 努利方程式，并以截面1 1'为基准水平面，得2 2gZi *空We诃2华八Wf将上列数值代入柏努利方程式，并整理得We =9.81 20 ' Wf管

8、内油流速u = u00.816d2竺=0.522m/sJ00丿Re =0.1 0.522 850 =234 : 2000 为层流0.19唱心74珈“心We 二 9.81 20 373.3 二 569.5J / kgNe 二-VWe = 3609W（注意：管径为 108-4*2 = 100 mm） 例题 用泵将20 C水从敞口贮槽送至表压为1.508X 105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各 部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为X 4mm的无缝钢管，吸入管长为 20m,排出 长为100m （各段管长均包括所有局部部阻力的当 量长度）。当阀门为3/4开度时，真空表读数为9iL3m1i4270

9、0Pa,两测压口的垂直距离为 0.5m,忽略两 测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。试求: 阀门3/4开度时管路的流量（m3/h）;（2）压强表读数（Pa）；（3）泵的压头（m）；若泵的轴功率为10kW，求泵的效率；（5）若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析 其原因。解：（1）阀门3/4开度时管路的流量（m3/h）；在贮槽液面0-0 '与真空表所在截面1-间列 柏努利方程。以0-0 '截面为基准水平面，有:2 2Z0 2g 9 Z1 2g 巾hf，04其中，二 hf,0"+为 1 土 = 0.02汉 空 x U = 0.204u2d 2g0.12 9.81&

10、#39;0=0,u 0=0, p 0=0（表压），z i=3m,pi=-42700Pa （表压）代入上式，得:i=2.3m/S , Q= =d2u =65m3/h4(2)压强表读数(Pa)；在压力表所在截面2-2 '与容器液面3-3 '间列 柏努利方程。仍以0-0 '截面为基准水平面，有:2 2U2 亠 P2, U.p3 , v .Z2Z3hf,2J32gPg2gPg252CL 丄2.3 丄 P2丄c 丄 1.5汉10 丄 ccc 1002.33.5-1600.02 -2g 1000g1000 =<g0.129.81解得，p2=3.23 x 105Pa （表压）(

11、3) 泵的压头(m);在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得，551000 9.81H =亿-乙）9 Hf =0.5 323 10°.427 100= 37.8m(4) 泵的有效功率“ HQP 37.8汉65沢1000°Ne6.687kw1023600 汇 102故二 Ne/N=66.87%(5) 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄漏。第二章 流体输送机械1) 离心泵的工作原理 离心泵的主要部件是固定的泵壳和旋转的叶轮。 叶轮高速旋转， 在离心力的作用下， 液体从叶轮 中心甩向外周。此时液体静压提高 流速也提高， 流体进入这个泵壳后， 流道逐渐增大，

12、流速逐渐 减小，部分动能转化为静压能。 这样泵出口处液 体具有较高的静压能排入管路。2) 气缚及气蚀现象的概念、危害及避免措施 气缚：离心泵启动时，如果泵内存有气体，因气 体密度小， 产生的离心力很小， 在叶轮中心处不 能形成足够的低压从贮槽吸入液体， 离心泵无法 正常工作，这种现象称为气缚。 避免措施：离心泵启动前必须向泵壳灌满液体。 气蚀：当泵中心处的压强等于或低于操作温度下 液体的饱和蒸气压时，液体会部分气化产生气 泡，并流向高压区。在高压区气泡消失，产生局 部真空， 周围的液体高速冲向原气泡中心， 产生 巨大的冲击力，至少会使泵产生巨大的轰鸣声。 叶轮和泵壳受到反复的冲击， 材料表面会

13、产生疲 劳，甚至蚀点和裂缝，这种现象称为气蚀。危害：泵的流量、压头和效率明显下降，产生巨 大的轰鸣，损坏泵体。避免措施： 泵的安装高度适当， 保证叶轮中心处 的压强高于液体的饱和蒸气压。3）升扬高度的概念和扬程 泵的扬程：单位质量流体从泵获得的机械能。 泵的升扬高度： 泵的实际吸上高度与排出高度之 和。4）离心泵的性能曲线常用的离心泵的性能曲线有：Hqv, p轴qv, nqv曲线。共同特点：扬程与体积流量的关系中, 流量增大, 扬程减小 轴功率与体积流量的关系中, 流量增大轴功率增 大,流量为 0 时,轴功率为最小值, 但不等于 0。 效率与体积流量的关系中, 流量为 0 时,效率为 0,流量

14、增大效率先是增大而后下降。5）离心泵性能的影响因素 液体物性：密度（密度仅对轴功率有影响）粘度（粘度增大,扬程、流量、效率 下降, p 增大）转速：Hi Ji =(n；)为功率)叶轮直径：Q D H 小、2 N D' 3() ()Q D HDN D6）阀门的安装位置及原因T （pa-pi）/ p g=Zi+ui 2/2g+ 工 hfsPi随hfs增大而降低泵的吸上高度不仅与允许吸上“真空度”Hs有关，还与泵吸入管内的压头损失有关而 工hfs又 与le成正比。为了保证泵在实际操作中不发生 气蚀现象要尽量减小吸入管的阻力。 这就要求吸 上管路短而直且无调节阀门，以使 艺hf尽量小。 因此，

15、调节流量的阀门一般不装在吸入管路上， 而装在出口管路上。7）离心泵流量调节的方法A. 改变阀门的开度一改变管路特性曲线（He为 管路所需的压头）阀门开大，B值减小，工作点下移至 M1，流量 增大；阀门关小，B值增大，工作点上移至M2，流量减小。B. 改变泵的转速一改变泵的特性曲线C. 改变叶轮直径一改变泵的特性曲线各种调节法的特点:A. 阀门调节法：简便、快捷、可连续调节流 量。但该方法的本质是改变管路阻力，当关小 阀门调小流量时，造成所需压头的增加，且所 增压头作为阀门阻力损耗掉。B. 改变转速或叶轮直径法：一定调节范围内 可维持泵在高效区工作、不增加阻力损失。但 调节装置较复杂且难以实现连

16、续调节。8）离心泵的允许安装高度（计算的知识点）2Hg W-芽' Hfg（这个由伯努利方程推导）Hs为允许吸上真空度；Hg为允许安装高度 例题 欲用离心泵将20C水以30m3/h的流量由 水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面 高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方 2m处。 泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，压出管路 全部阻力为3mH2O柱，泵的效率为0.6，求泵 的轴功率。若已知泵的允许吸上真空高度为 6m， 问上述安装高度是否合适？（动压头可忽略）。 水的密度可取1000kg.m-3。若改为输送80 °C 水，其他条件不变，泵的安装高度是否合适？（80 C水的饱和

17、蒸汽压为47.4Kpa）解：在水池液面1 1和敞口高位槽液面2-2间 列柏努利方程式，以1 1截面为基准面H »：Z ' Hu =18 1 3 = 22m泵的轴功率N.NHg/2(30/3600)1000 9.81 = 2997.5W H0.6泵的允许安装高度U：wHg,允二 Hs,允Hfgu60" 5m - 2m2g' Hf,。为吸入管阻力Hg实:Hg允 安装高度合适Hs|H改为输送80 °C水验值 Ha -10.33 -色©J100。 ,?g"丄c /47.4X1°°° CC 八. 1°

18、;°° -6 ° - (0.24)-1000X9.811000=1.4m : 2mHa为当地大气压，用米水柱表示Hg实Hg允安装高度不合适第三章非均相分离1）层流区的重力沉降速度2u,=u g18此式子非常重要，五星级，要记下，沉降速度与直径的平方成正比，对直径非常敏 感。适用条件：Rep<2。2）沉降室的分离条件旦Uo u即颗粒沉降所需的时间小于或等于颗粒通过沉 降室的时间。极限条件U =占5，降尘室最大的生产能力为：Hqv = u H B = L B ut = Aut沉降室生产能力只和底面积有关，而与降尘室高 度无关，如果把降尘室改为n层，则生产能力增

19、加n倍。qv = n Aut例题在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度 增加一倍，则沉降时间，气流速度，生产能力。3）过滤速率的基本方程式2dVAC.p二 'r V VeY为滤饼的比阻，V为单位体积滤液产生的滤饼 体积，Ve为产生当量厚度Le滤饼的虚拟滤液量。 由上式理解操作条件变化时，过滤速率如何变 化。4）掌握恒压过滤的方程式由过滤的基本方程式，利用积分边界条件，可推 出Ve2 =KApV2 2VVe = KA =（V Ve）2 二 KA2U V例题用板框过滤机恒压差过滤钛白（TiO2 ）水 悬浮液。过滤机的尺寸为：滤框的边长 810mm（正方形），每框厚度42mm，共10个框。现已

20、 测得：过滤10分钟得滤液1.31 m3，再过滤10分 钟共得滤液1.905m3。已知滤饼体积和滤液体积 之比v= 0.1，试计算：将滤框完全充满滤饼所需 的过滤时间；解：过滤面积2 2A =10 0.812 =13.12m滤饼体积23Vs =10 0.810.042 =0.276m滤液体积V=Vs/ U =2.76m已知 ®=600sVi=1 31m3qi=0.1$=1200sV 2=1 905m3q2=0.1452根据恒压过滤方程式2q 2qq°0.122 0.1qK6000.145222 0.1452qe 二 K1200解得K=2X10-5m2/Sqe=0.01（_2

21、76）2 . 20.01-二31213122423s =0.67h2X0#第四章传热1）传热的三种基本方式A 热传导-相互接触的物体之间或物体各部分 之间因存在温度差，借助分子、原子或自由电子 等的热运动而引起的热量传递。B.对流一不同温度的流体各部分之间因发生相对运动而引起的热量传递。C 由于物体自身温度或热运动的原因而激发产 生的电磁波传递。三种传热方式的机理2）热传导的计算：稳态热传导的温差与热阻的 关系单层平壁：可见：导热速率与传热推动力 笛_t2）成正比， 与传热阻力成R反比。多层平壁：Q_ £ 选选 _匕“4bi + b2 + b3 bl + b2 + b3'iA

22、 -2 A ' 3 A Z' i A / 3 A z 3 A多层平壁的热阻为各层热阻之和 为各层推动力之和。，总传热推动力传热速率=温差热阻例题 平壁稳定传热过程，通过三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化如图1所示，试判断 '1, '2, '3的大小顺序 ，以及每层热阻的大小顺序。3）流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热 系数（低粘度）Nu =0.023 Re0'8 Prn或者h= 0.023 Re0'8 Prn （di :管径）dih与物性、u、d的关系例题（1） 一杯开水（100C）置于20C的静止 空气中，问杯子两侧流体的传热各属

23、何种类型？ 哪一侧热阻大？（ 2）若将杯子浸在20C的冷水 中（两流体不直接接触），能否增强传热？理由？（3）仍置于空气中，但使杯外的空气流动，问能否增强传热？理由？ （ 4）对1的情况，现对 杯中流体加以搅动，问是否比 2、3两种办法有 效呢？4）黑度和吸收率在热辐射中，可以把物体分为黑体、镜体、透热 体和灰体。灰体的辐射能力与同温度下黑体辐射能力之比, 称为黑度，又称为发射率。灰体的辐射能力和吸收率的比值等于同温度下 黑体的辐射能力-（克希霍夫定律）灰体的吸收率，数值上等于同温度下该体的黑 度，但物理意义完全不同 由克希霍夫定律可知，物体的吸收率愈大，其辐 射能力也愈大。5）列管换热器壳程

24、加挡板的作用列管式换热器中，壳程装有折流挡板，当两流体 均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原因 是：（1）流速增大，使壳程 h增大；（2）流体大 部分横穿流过管束，流道短，边界层来不及发展， 因而边界层薄，比顺着管子纵向流动高；（3）流 体在折流档板间穿行时，流向及流速都在不断变 化，增强了人工扰动，强化了传热。6）消除列管换热器热应力的方法消除列管换热器温差应力常用的方法有三种， 即 在壳体上加 膨胀节.米用浮头式结构或米 用U形管式结构。7）强化传热的方法及原因换热的强化，就是提高换热器中冷，热流体间的 传热速率。增加单位设备体积的传热面积增大平均传热温差当换热器中两流体均无相变时，应尽可能采 用逆流的流向，以得到较大的传热温差。提高传热系数增大值是在强化传热过程中应该着重考虑的 方面。当流体在圆形管内作强制湍流时0.8 uT02流速对h的影响大于管径的影响； 流速加倍，h不会成倍增加，增加74% 流速增加，阻力按流速平方增加； 增加流速即增加湍动程度，其它能增加湍动 程度的方法同样可提高h值，例如在管内加 麻花或选用螺紋管。8) 计算：总传热速率方程、热量衡算方程、总 传热系数、平均温差Q =WiCpi(Ti - T2)=W2Cp2 (t2 - t