冶金传输原理总复习-2023修改整理

千里之行，始于足下让知识带有温度。第第2页/共2页精品文档推荐冶金传输原理总复习

第一章动量传输的基本概念1．流体的概念

物质不能反抗切向力，在切向力的作用下可以无限地变形，这种变形称为流淌，这类物质称为流体，其变形的速度即流淌速度与切向力的大小有关，气体和液体都属于流体。2延续介质

流体是在空间上和时光上延续分布的物质。3流体的主要物理性质

密度；比容（比体积）；相对密度；重度（会换算）4.流体的粘性

在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来妨碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性，由粘性产生的作用力叫做粘性力或内摩擦力。

1)因为分子作不规章运动时，各流体层之间互有分子迁移掺混，快层分子进入慢层时给慢层以向前的碰撞，交换能量，使慢层加速，慢层分子迁移到快层时，给快层以向后碰撞，形成阻力而使快层减速。这就是分子不规章运动的动量交换形成的粘性阻力。

2)当相邻流体层有相对运动时，快层分子的引力拖动慢层，而慢层分子的引力阻滞快层，这就是两层流体之间吸引力所形成的阻力。5.牛顿粘性定律

在稳定状态下，单位面积上的粘性力（粘性切应力、内摩擦应力）为

dy

dvxyxμτ±==

AF

τyx说明动量传输的方向（y向）和所研究的速度重量（x向）。符号表示动量是从流体的高速流层传向低速流层。动力粘度μ，单位Pa·s运动粘度η，单位m2/s。ρ

μ

η=

例题1-1

6.温度对粘度的影响

粘度是流体的重要属性，它是流体温度和压强的函数。在工程常用温度和压强范围内，温度对流体的粘度影响很大，粘度主要依温度而定，压强对粘性的影响不大。

当温度上升时，普通液体的粘度随之降低；但是，气体则与其相反，当温度上升时粘度增大。这是由于液体的粘性主要是由分子间的吸引力造成的，当温度上升时，分子间的吸引力减小，μ值就要降低；而造成气体粘性的主要缘由是气体内部分子的杂乱运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的交换，当温度上升时，气体分子杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以μ值将增大。

7.牛顿流体和非牛顿流体

凡是切应力与速度梯度的关系听从牛顿粘性定律的流体，均称为牛顿流体。常见的牛顿流体有水、空气等，非牛顿流体有泥浆、纸浆、油漆、沥青等。

对于不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体。

8.作用在流体上的力

可分为两大类：表面力、质量力或者体积力。

9.控制体

所谓控制体，就是流体在空间中通过其流淌的一个区域。

1.6衡算方程

IP-OP+R=S

其次章动量传输的基本方程

2.1流体运动的描述

1.讨论流体运动的办法

拉格朗日(Lagrange)法及欧拉法。

拉格朗日法的动身点是流体质点，即讨论流体各个质点的运动参数随时光的变化逻辑，综合全部流体质点运动参数的变化，便得到了囫囵流体的运动逻辑。在讨论流体的波动和振荡问题时常用此法。

欧拉法的动身点在于流场中的空间点，即讨论流体质点通过空间固定点时的运动参数随时光的变化逻辑，综合流场中全部点的运动参数变化状况，就得到囫囵流体的运动逻辑。

2.稳定流淌与非稳定流淌

假如流场的运动参数不仅随位置转变，又随时光不同而变化，这种流淌就称为非稳定流淌；假如运动参数只随位置转变而与时光无关，这种流淌就称为稳定流淌。3．迹线和流线、流束和流管

（1）迹线就是流体质点运动的轨迹线。迹线的特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时光无关。（2）流线是流场中某一眨眼的一条空间曲线，在该线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。

流线有以下三个特征：

1）非稳定流时，经过同一点的流线其空间方位和外形是随时光转变的。

2)稳定流淌时，因为流场中各点流速不随时光转变，所以同一点处的流线始终保持不变，且流线上质点的迹线与流线相重合

3)流线不能相交也不能转折。

（3）流管在流场内取随意封闭曲线l，通过曲线l上每一点延续地作流线，则流线族构成一个管状表面，叫流管。

（4）流束在流管内取一极小曲面dA，通过dA上每个点作流线，这族流线叫做流束。

2.2延续性方程

这就是流体的延续性方程。其物理意义是：流体在单位时光内流经单位体积空间输出与输入的质量差与其内部质量变化的代数和为零。

对于不行压缩流体，ρ常数

即为不行压缩流体流淌的空间延续性方程。它说明单位时光单位空间内的流体体积保持不变。

2.2.2一维总流的延续性方程

ρ1v1A1=ρ2v2A2

对于不行压缩流体，即ρ常数，则

v1A1=v2A2

例2-1,2-2

2.3抱负流体动量传输微分方程——欧拉方程

2.4实际流体动量传输方程—纳维尔-斯托克斯方程

2.5伯努利方程

1.抱负流体的伯努利方程

2.实际流体的伯努利方程

3伯努利方程的几何意义和物理意义(一)几何意义

z是指流体质点流经给定点时所具有的位置高度，对水平圆管取其平均高度，即

轴线处所具有的高度。p是指流体质点在给定点的压力（流体的压强）；

2

2vρ表示流体质点流经给定点时，流体所具有的动能。伯努利方程中静压能、动能、位能项的单位均为（Pa）.(二)物理意义

gzρ可看成是单位质量流体流经该点时所具有的位置势能；

p看成是单位质量流体流经该点时所具有的压力能；

2

2

vρ是单位质量流体流经给定点时的动能；h失

是单位质量流体在流淌过程中所损耗的机械能，称能量损失。4实际流体总流的伯努利方程

5热气体管道流淌的伯努利方程

相对于大气的热气体管道流淌的伯努利方程。由式可见，热气体的相对位能随高度的减小而增大，这是由于热气体的自发运动方向朝上所至。

例题2-3；2-5

第三章层流流淌与湍流流淌3.1流体的流淌状态

流体运动的两种状态：层流和湍流（1）雷诺准数

μ

ρη

vd

vd=

=

Re对光洁圆管的Rec=2300。

即流体在圆管内流淌：Re2300为湍流。当量直径ds

（2）雷诺准数的物理意义

雷诺数通常是惯性力的典型大小与粘性力的典型大小的一种量度。雷诺数大，说明流体的惯性力大于流体的粘性力，愈易形成湍流；雷诺数小，说明流体的惯性力小于流体的粘性力，愈易形成层流。例3-1确定流淌状态及求流速3.2管道中的流淌3.2.1管道中的层流流淌流速、流量和压降

22vdLpρλ=?e

64R=λ

例3-2题，求摩擦压力损失3.2.2管道中的湍流流淌

3.3流淌阻力与能量损失3.3.1流淌阻力的分类

可分为沿程阻力损失h摩和局部阻力损失h局两种形式。(一)沿程阻力损失

它是沿流淌路程上因为各流体层之间的内摩擦而产生的流淌阻力，因此也叫做摩擦阻力。在层流状态下，沿程阻力彻低是由粘性摩擦产生的。在湍流状态下，沿程阻力的一小部分由边界层内的粘性摩擦产生，主要还是由流体微团的迁移和脉动造成。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程阻力损失亦称摩擦阻力损失，用h摩表示。例3-2

(二)局部阻力损失

在边壁尺寸急剧变化的流淌区域，因为尾流区、旋涡区等分别现象的浮现，使局部流淌区域浮现较集中的阻力，这种阻力称为局部阻力。克服局部阻力引起的能量损失称为局部阻损。如管道中的弯头、阀门、骤然扩张、骤然收缩等局部骤然变化区域存在局部阻力损失。

3.3.2沿程阻力损失

（一）沿程阻力系数的影响因素

层流流淌时雷诺数较小，粘性力起着主导作用。层流的阻力也就是粘性阻力，仅仅取决于Re，而与管壁粗糙度无关。湍流流淌时雷诺数较大，其阻力由粘性阻力和惯性阻力两部分组成。粘性阻力仍然取决于雷诺数，而惯性阻力受壁面粗糙度的影响较大。粗糙度对沿程阻力损失的影响不彻低取决于管壁表面粗糙突起的肯定高度，而是取决于它的相对高度，即粗糙突起的肯定高度与管径D的比

值，D

?

=

?称为相对粗糙度。

（二）尼古拉兹曲线（三）莫迪图

2

2

ρνλ

dlh=摩

2

2

ρνζ

=局h

沿程阻力损失系数λ确实定层流：湍流：

3.3.3局部阻力损失

实际的流体通道，除了在各直管段产生沿程阻力损失外，流体流过各个接头、阀门等局部障碍时都会产生一定的能量损失，即局部阻力损失。3.4管路计算容易管路的计算

串联管路计算

并联管路的计算

第四章边界层理论边界层概念

在实际的粘性流体流淌中，无论Re数多大，在物体表面上流体的速度为零（称为无滑移边界条件），而在离开壁面仅一小距离处，流体速度就变到与远方来流

Re

64=

λA

vqqvmρρ==2

2

vdlhρξλ?

????∑+=失2

21121vvmmmqqqqqρρ====...22(2)

2222221111211+??????++???

???+=++=∑∑∑vd

lvdlhhheeρξλρξλ失失失2

22222111112

1212122

2vdlvd

lhhPPQQQρξλρξλ?????+=??????+=?=?+=失失总压降

流量

大体相等的速度。因此在壁面附近存在一个速度梯度很大的薄层区域，称之为边界层。第六章可压缩气体流淌

6.1可压缩气体的一些基本概念1.气体的音速

k:绝热指数，仅与气体的分子结构有关，单原子气体k=1.6

双原子气体k=1.4（氧气等）多原子气体k=1.3(过热蒸汽等）干饱和蒸汽k=1.135

R气体常数R=8314/M㎡/(S2·k)M：气体的分子量，不同的气体R不同。2马赫数

Ma＜＜1（V＜＜c)为不行压缩流体的流淌Ma＜1（V＜c)为亚音速流淌Ma=1（V=c)为音速流淌Ma＞1（V＞c)为超音速流淌例6-1

6.2一元恒定等熵气流的基本方程及流速公式

工程中常见的是可压缩气体一元稳定等熵流淌。所谓一元是指在与流淌方向垂直的截面上流淌参数是匀称的，假如一元流淌是稳定的，则流淌的参数仅是一个坐标的函数。当高速气流通过一很短的喷管时，过程举行的时光很短，通过管壁散失的热量相对于流淌的流体输运的能量而言十分少，可以看作是绝热流淌。又因

kRT

P

k

ddp

c===

ρ

ρ

c

vMa=

为摩擦影响很小，可以近似地认为流淌过程是可逆的。因而流淌很临近于等熵流淌。

例6-2

6.3一元恒定等熵气流的基本特性

1滞止状态

流淌中某截面或某区域的速度等于零（处于静止或滞止状态），则此断面上的参数称为滞止参数，用下角标“0”表示。

2临界状态

当一元恒定等熵气流中某一截面上的气流速度等于当地音速时，该截面上的参数称为临界参数。临界参数用下标“*”表示。

3极限状态

假如一元恒定等熵气流某一截面上的T=，则该截面上的气流速度达到最大值vmax。

6.4气流参数与流通截面的关系

综上所述，对于双原子气体欲使气体从静止加速到超音速，除了要满足p/p0?=-<?=-：当初；当初；2

4

0mwTEbσ=4

02

wETmεσ=2

mw

dx

dt

qλ

-=

的大小它反映了物质导热能力的大小，是材料宏观的物理性质，l越大，该物质的导热能力就愈强。10.3导热微分方程

无内热源时，qv＝0，有

若是稳定态导热

对于一维非稳态导热的微分方程为

2.4通过平壁的一维稳态导热一第一类边界条件:表面温度为常数1单层平壁的稳态导热

若平壁的侧表面积为F则热流量为:

Q=q·Fw导热热阻

c

qzt

ytxtacqzt

ytxtctv

vρρρλτ+??+??+??=+??+??+??=??)()(222222222222c

aρλ

=

)(222222z

tytxtat??+??+??=??τ0222222=??+??+??z

t

ytxt)(22x

t

at??=??τ21

212/wwwwttdtdtqdxdxttqwmλ

δλδ

-=-=-=将代入得：t

QF

δλ?=

二.多层平壁的导热

第三类边界条件（对流边界，已知介质的温度及换热系数）

二无内热源多层大平壁

10.5通过圆筒壁的一维稳态导热

一表面温度为常数（第一类边界条件）的一维稳态导热单层圆筒壁

14

2

3

12123

wwt

tttwqrmδδδλλλ-?=

=

++∑11

1wwnn

nnn

ttqδλ+=-=

∑∑=+-=nnt

wnwR

ttQ1

1

1n

tnRF

δλ=

2

1211

1t-thhdxdt

qff+λδ+=

λ-=2

112

111t-thhqn

iiiff+λδ+=∑=Const

rrLttrLrrrttqFQrrrttdrdtqwwwwww=-=

?-==?

--=-=∴1

2

2

11

2211

212ln

2121

ln1

lnπλπλ

λλ

说明热通量q不再是常数，而是半径r的函数，但热流量Q在r方向上到处仍为一常数。

式中lq为单位时光内，单位管长的导热量，亦为一常数，与r无关。2多层圆筒壁

二第三类边界条件下的稳态导热（介质温度为常数）1.单层圆筒壁

3.临界绝热直径

1.当d2＜dc时：即当管外径小于临界绝热直径时，增强绝热层厚度将使热损失增大，到dc时达到最大值，

2.继续增强dx可使qL降低，到d3时使qL与没加包扎层时的相同。

3.当dx＞d3后增强包扎层厚度可使热损失降低。

4.假如d2＞dc则增强包扎层均可使热损失减小。例题10-1,10-2,10-3

m

wddttrrttL

Q

qwwwwl1

2

2

11221ln21ln21πλπλ-=-==

w

ddL

ttQn

iiiiwiw∑=++-=

11

11ln21πλ2

1

2211

2

2

12ln21ln21QrrLttrrLttQwwwwπλπλ=

--=

12111122111

ln222ffn

iiiittQw

rrhLLrrhL

ππλπ+=-=

++

∑2

2x

xcddhλ==

第十三章对流换热

13.1传热过程的普通分析

13.1.1对流给热过程简介

13.1.2对流换热过程的分类

对流换热过程的分类

按流体运动是否与时光相关可分为非稳态对流换热和稳态对流换热；

按流体运动的起因可分为自然对流换热和强制对流换热；

按流体与固体壁面的接触方式可分为内部流淌换热和外部流淌换热；

按流体的运动状态可分为层流流淌换热和湍流流淌换热；

按流体在换热中是否发生相变或存在多相的状况可分为单相流体对流换热和多相流体对流换热。

13.1.3换热系数和换热微分方程式

牛顿冷却定律（公式

Q=αΔtFw

q=αΔtw／㎡

13.1.4影响换热系数的因素

1流体流淌的动力因素

2流体的流淌状态

3流体的热物性

4换热壁面的热状态

5换热壁面的几何因素

13.1.5对流传热的讨论办法

1）解析法

2）数值法数值法

3）比拟法

4）试验法

13.1.6热边界层概念

在y=0处，t=tw，y=δt处，t=tf，将温度有显然变化，厚度为δt的这一薄层称为热边界层（或温度边界层）。

并规定它们t-tw＝0.99（t-tf）处为热边界层的外缘。

13.2对流传热的数学描述

13.3对流传热的试验讨论办法

Nu为努塞尔准数

物理意义可理解为流体的导热热阻和其对流热阻的比值，它反映了给定流场的对流换热能力与其导热能力的对照关系，其大小反映了对流传热能力的大小Nu中的l为流场的特征尺寸，l为流体的导热系数；而Bi中的l为固体系统的特征尺寸，l为固体的导热系数。明显，这两个准数的物理意义也各不相同，毕欧数所表征的是物体与环境间的换热能力与其自身的导热能力之间的对照关系。

强制对流传热

Nu=cRem×Prn

自然对流传热

Nu=c(Gr×Pr)n

第十四章辐射传热

14.1热辐射基本概念

1热辐射的特点

（1）无须物体间的接触

（2）肯定温度在0(k)以上的物体均在不断的向外辐射能量，即使两物体的温度相同，亦是动态平衡。

(3)辐射换热陪同有能量的二次转化。2汲取率、反射率、透射率GA/G=A叫物体的汲取率GR/G=R叫物体的反射率GD/G=D叫物体的透射率

R=D=0；A=1时，叫抱负黑体，简称黑体A=D=0：R=1时，叫抱负白体，简称白体A=R=0,D=1时，叫透亮     体

黑体、白体、透热体都是抱负化的物体，但工程中有些物体临近这些抱负化的物体。与色彩无关。3几个重要的辐射参数

辐射力、单色辐射力、方向辐射力和辐射强度14.2黑体辐射的基本定律1.普朗克定律

1随着温度的上升，黑体的单色辐射力和辐射力快速的增强。

2每一条曲线都有一峰值。在λ=0和λ=∞时，Ebλ=0

3随着温度的增强，峰值（即黑体的最大单色辐射力Ebλmax）左移，即向着波长较短的方向移动。维恩偏移定律：

λmax·T=2897.6μm·K

2.斯蒂芬—波尔茨曼定律（四次方定律）

Eb=C0(T/100)4

3.兰贝特定律（余弦定律）

Ebθ=Ebn·cosθ

14.3实际物体的辐射

黑度（辐射率、放射率）的概念

b

EE=

ε

黑度的影响因素

1.材料的物理性质；

2.表面粗糙度；

3.温度的影响较为复杂；

4.表面氧化层；

5.波长

基尔霍夫定律A=E/Eb=εA=Aλ=ελ=ε14.4角系数1角系数及定义

2角系数的性质1相对性

ψ12F1=ψ21F2

2完整性

3)和分性

21iiijψψψ+=

2211FFFiijijψψψ+=

3角系数确实定办法积分法代数分析法

(1)两不行自见面组成的封闭空间

(2)一可自见面和一不行自见面组成的封闭系统(3)两可自见面组成的封闭系统(4)三个不行自见面组成的封闭系统(5)两随意放置的不行自见面的非封闭系统14.5两表面间的辐射换热1.几种辐射

的所有能量

离开表面上的能量

发出而落在表面表面ijiij=

ψ1

211

=++++=∑=iniiiin

jij

ψψψψψ

(1)自身辐射E单位时光，单位表面积发出的辐射能叫物体的自身辐射，W/㎡，即物体的辐射力。

(2)投来辐射G单位时光，投射到单位面积上的辐射能。W/㎡

(3)反射辐射RG单位时光，单位面积反射出的辐射能。即物体表面向投来辐射的反射。W/㎡

(4)汲取辐射AG单位时光，单位面积汲取的辐射能。即物体表面向投来辐