流体力学与传热电子教案--chapter10
电子教案(流体力学)..
绪 论一、课程简介1、课程的研究对象——单元操作 （1）单元操作的概念指在各种化工过程中，遵守同一基本原理，所用设备相似，作用相同，仅发生物理变化过程的那些操作，称为单元操作。
（2）单元操作的特点①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。
②单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。
③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。
（3）单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：流体动力过程、传热过程和传质过程。
2、课程性质：本课程是化工类专业学生的专业必修课。
3、课程特点：理论与经验相结合的工程研究方法。
二、单元操作中常用的基本概念和观点 1、物料衡算根据需要人为地划出一个封闭体系，那么有：输入物料=输出物料+（物料损失） 2、 能量衡算 同样对于一个体系有：输入能量=输出能量+（能量损失）在化工生产过程中的能量衡算大多为热量衡算。
3、平衡关系平衡是过程进行的极限状态。
通过讨论平衡关系，我们可以判断过程进行的方向及过程推动力的大小。
4、过程速率 过程速率与过程推动力成正比，与过程阻力成反比。
即：过程阻力过程推动力过程速率5、经济核算 三、单位及单位换算单位可分为二大类：基本单位和导出单位。
（1）基本单位基本单位只有几个，指定的几个独立的物理量。
由于同一物理量在不同的单位制中具有不同的单位和数值，象cm.g.s 制和工程单位制等给人类的计算和交流带来麻烦，为此规定使用统一的“国际单位制”，即SI 制。
SI 制有七个基本单位SI 制有以下两大优点：通用性：自然科学、工程技术以及国民经济中都采用； 一贯性：不需引入比例系数。
（2）导出单位其它物理量利用基本量从物理定律中导出，称为导出量，其单位称为导出单位。
基本单位与导出单位的总和称为单位制。
（3）单位换算经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学第十章-对流换热、单相流体
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
u v 0
dy
x y
2）动量微分方程（动量守恒）
微元体
惯性力
压力差 0
dx
x
x方向: u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
D duFxxp2u 体积力
20
局部表面传热系数的变化趋势：
流动边界层厚度 与热边界层厚度t的比较 ：
两种边界层厚度的相对大小取决于流体运动粘度 与
热扩散率a的相对大小。令
对于层流边界层:Pr≥1 t ；Pr≤1 t
Pr a
对于湍流边界层: t
普朗特数
一般液体:Pr=0.6~4000；气体：Pr=0.6~0.8。 21
cp
t
uxt vyt
2t x2
2t y2
4个微分方程含有4个未知量(u、v、p、t)，方程 组封闭。原则上，方程组对于满足上述假定条件的对 流换热（强迫、自然、层流、湍流换热）都适用。15
（2）对流换热的单值性条件
1) 几何条件
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
中国石油大学：流体力学(电子教案)
【掌握】
1、欧拉法及其加速度表达式；
2、流体运动的概念;
3、理想流体运动微分方程（欧拉方程)；
4、缓变流断面及其特性；
5、动能修正系数及其物理意义；
6、节流式流量计基本原理及流量计算公式；
7、驻压强及测速管原理；
8、流动吸力的基本原理；
9、水头线与水力坡降;
10、泵的扬程及功率。
【重点掌握】
习题
2-1
2-10
２-14
*2-15
2-１6
2－19
2－2１
２-22
2-25
＊选做
第三章
流体运动学与动力学基础
(共16学时，
课堂教学14学时，
实验2学时)
一、核心知识点
基本概念,欧拉运动微分方程,连续性方程(质量守恒)，伯努利方程(能量守恒）,动量方程(动量守恒)，方程的应用。
二、教学基本要求
【了解】
２、何谓管路特征曲线？有何用途?
3、长管的水力计算通常有哪几类问题?计算方法和步骤各如何？
４、串并联管路及其水力特征。
5、何谓管路综合阻力系数？何谓作用水头？如何确定综合阻力系数？
６、孔口和管嘴各有何特点?有什么区别？流量系数、流速系数、收缩系数的物理意义如何？它们之间成怎样的关系？
７、水击现象产生的物理原因是什么？
二、教学基本要求
【了解】
1、势函数;
2、巴斯加定律；
3、物体在液体中的潜浮原理。
【掌握】
1、流体静压力的概念及其两个特性;
2、流体平衡微分方程及其积分式；
3、等压面及其方程、性质；
4、几种质量力作用下的流体平衡(相对平衡问题)。
【重点掌握】
建环《流体力学》课程教案
《流体力学》课程教案（建筑环境与设备工程专业）第一章绪论1．本章的教学目标及基本要求本章为绪论，涉及到流体的定义、作用在流体上的力、流体的基本物理性质和流体的力学模型。
通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，掌握流体与固体的典型区别，连续介质模型、不可压缩流体和理想流体的定义，了解流体的主要物理性质；掌握流体的受力分析方法，能够正确应用牛顿内摩擦定律分析解决液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
2．本章各节教学内容（列出节名）及学时分配本章教学内容分2单元，每单元2学时单元1：流体力学在本学科中的地位和作用，流体的定义与特点，，作用在流体上的力;流体的惯性, 流体的粘性；习题1-1, 4单元2：流体的粘性，压缩性与膨胀性, 不可压缩流体和理想流体的概念，流体的连续介质模型；习题1-7，8，123．本章教学内容的重点和难点本章的重点是：本章的教学任务是让学生初步建立起流体及流体力学的基本概念，重点放在流体与固体的本质区别，描述流体的基本模型及流体的主要物理性质。
本章的难点是：熟练、正确进行受力分析；正确运用牛顿内摩擦定律分析求解液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
4. 本章教学内容的深化和拓宽；介绍不可压缩流体的概念及其工程应用意义，说明粘性的外部特性与内部特性的区别。
5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题；本章涉及到较多的物理基本概念，注意时刻提醒学生从最基本的物理现象出发去理解和把握物理概念，在受力分析及应用过程中注意结合以往课程的内容和知识，帮助学生逐步建立将所学知识与工程实际应用相结合的思维习惯。
教学方式以课堂教学为主。
6．本章的主要参考书目；●屠大燕主编·流体力学与流体机械·北京：中国建筑工业出版社，1999●刘鹤年编·水力学·北京：中国建筑工业出版社，1999●李玉柱苑明顺编·流体力学·北京：高等教育出版社，1998●汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983●周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000●潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988●Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: JohnWiley & Sons,1982●Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics.7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001●山东工学院东北电力学院·工程流体力学·北京：电力工业出版社，1980●陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927．本章的思考题和习题等。
【精品】流体力学与传热学教案设计
流体力学与传热学流体静力学:研究静止流体中压强分布规律及对固体接触面的作用问题流体动力学:研究运动流体中各运动参数变化规律，流体与固体作用面的相互作用力的问题传热学研究内容：研究热传导和热平衡规律的科学上篇：流体力学基础第一章流体及其主要力学性质第一节流体的概念一流体的概述⒈流体的概念：流体是液体和气体的统称⒉流体的特点:易流动性—在微小剪切力的作用下，都将连续不断的产生变形（区别于固体的特点）⑴液体：具有固定的体积；在容器中能够形成一定的自由表面；不可压缩性⑵气体;没有固定容积;总是充满所占容器的空间;可压缩性二连续介质的模型⒈连续介质的概念所谓连续介质即是将实际流体看成是一种假想的,由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质.而且这种连续介质仍然具有流体的一切基本力学性质.⒉连续介质模型意义所谓流体介质的连续性,不仅是指物质的连续不间断,也指一些物理性质的连续不间断性.即反映宏观流体的密度,流速,压力等物理量也必定是空间坐标的连续函数(可用连续函数解决流体力学问题）第二节流体的性质一密度—--表征流体质量性质⒈密度定义:单位体积内所具有的流体质量⑴对于均质流体:ρ=m/v式中ρ-流体的密度（㎏/m 3）m-流体的质量（㎏）v —流体的体积（m 3)⑵对于非均质流体:ρ=⒉比体积（比容)：单位质量流体所具有的体积（热力学和气体动力学概念）⑴对于均质流体：v=V/m=1/ρ（m 3/㎏)3．液体的密度在一般情况下，可视为不随温度或压强而变化；但气体的密度则随温度和压强可发生很大的变化。
二流体的压缩性和膨胀性dv dm v m v =∆∆→∆0lim㈠压缩性⒈定义:当温度不变时，随作用在流体上的压力增大被所产生的流体体积减小,称为流体的压缩性。
⒉压缩性的大小表示⑴流体压缩系数κT -—等温压缩率当温度不变时,由压强变化所引起的流体体积的相对变化量。
即式中K T —体积压缩系数(P a -1）∆V —压缩前后流体体积改变量（m 3）V —流体原有体积（m 3）∆P —压强的变化量(P a ）⑵体积弹性系数(弹性模量)E-—单位形变所需压力dPdV V P V V P V V K T 1lim 1/lim 00-=∆∆-=∆∆=→∆P →∆P（P a )☆一般情况下,液体可看作不可压缩流体。
工程热力学与传热学第十章 热传导
Cold wall
tw2
热流是矢量（大小 + 方向），负号表示热流与温度 增加的方向相反，即导热是沿着温度降低的方向进 行！单位时间内通过某一给定面积的传热量（Heat transfer rate）为：
Q qF F dt (W)
dx
上述热传导Fourier定律仅适用于简单的一维情况， 但它是整个传热学的基础，必须熟练掌握！复杂的 二维、三维Fourier定律通常要借用计算机进行求解。
gradt lim t t n0 n n
t+△t
t
温度梯度：自等温线某点出发，到另一等温线上某点的温差 与距离比值的极限称为此点的温度梯度。（温度变化最剧烈 的方向）
每点的温度梯度都垂直于该点的等温线（等温面），并 指向温度增大的方向（法线方向）。
10-2 Fourier导热定律
Fourier’s law of heat conduction The rate of heat conduction through a plane layer is proportional to the temperature difference across the layer and the heat transfer area, but is inversely proportional to the thickness of the layer.
另外，材料的导热系数往往与温度有关。
10-2 Fourier导热定律
理解Fourier定律 掌握每个物理量所代表的含义与单位，及应用的场合。
δ
Hot wall q tw1
q dt
dx
式中(采用国际标准制单位SI)：
q —— 热流 (Heat flux, W/m2 ) —— 热导率或导热系数 (Thermal conductivity, W/m·K ) t —— 温度 (Temperature, K ) x —— 坐标 (Coordinate, m )
流体力学教案可编辑全文
因而粘度下降。
气体粘度：随温度的上升而增大。
1 3
v l
➢ 原因：相邻流层之间分子动量的交换对气体粘性起主要作用。
当温度升高时，气体的热运动加强，动量交换加剧，各层之间
的制动作用加大，因而粘度增大。
5、混合气体的粘度
混合气体的粘度，可以近似用下式来计算：
M m n i M i
m
i 1
i
式中: Mm——混合气体的分子量； μm——混合气体的粘度；
2、毛细现象 ▪毛细现象：液体沿管壁上升或下降的现象 毛细管
➢ 液体与固体壁面接触时，液体
内聚力小于液体与壁面间的附
着力时，液体的表面张力将使
液体沿垂直管壁上升。浸润
➢ 反之，当液体内聚力大于液体
与壁面间的附着力时，液体的
❖ 航天：稀薄气体动力学（滑流、过渡流、自由 分子流）；等离子体
❖ 潜艇、船舶：液体压缩性小、粘性大
❖ 汽车：F1 — 最完美的贴地飞行器
60年代，意识到空气动力学在赛车设计上的重要性；1968年首次出 现了绕流翼板，开始利用绕流来控制F1，此后逐渐相信“谁掌握了空 气，谁就掌握了F1”.
F1各车队在空气动力学研发上的花费占整个预算的15%，仅次于引 擎。
➢液体不具有明显的压缩性与膨胀性 -------- 可以 不考虑
➢气体的压缩性与膨胀性不同于液体，具有明显的压 缩性与膨胀性，这是由于气体的密度随着温度和压 强的改变将发生显著的变化。
对于理想气体，其密度与温度和压强之间的关系用 热力学中的状态方程式表示，即
P RT
三、流体的粘性
❖ 流体除易变形性外，还有抗拒 快速变形的性质，称为粘性。
Mi、αi、μi——混合气体中各组分的分子量、
流体力学与传热课件Centrifugal pump theory
2
2
r2
2
g
ΔH is the ideal theoretical head developed
In practice, the total head across the pump is less than this due to energy dissipation in eddies and in friction.
The capacity Q is proportional to the diameter D, the head H is proportional to D2, and the brake horsepower W is proportional to D3.
The developed head of an actual pump is considerably less than that calculated from the ideal pump relation.
Pump performance also depends on β2.
β2 > 90o are forward facing and Head
The velocity V has radial and
tangential components Vr and Vt, respectively. The angular momentum of a mass m of
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t-Δt
t
t+Δt
Q
dA n
温度梯度是一个点的概念。
温度梯度是一个向量。 方向垂直于该点所在等温面，以温度增加的方向为正
Basic law of conduction
Fourier’s law (傅立叶定律)
dq = −k ∂T dA ∂n
(10-1)
negative --- gradient is opposite that of
Heat transfer by conduction Equal temperature surface 等温面
在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。
★不同温度的等温面不相交
等温
t1
面
t2
Q
t1>t2
temperature gradient 温度梯度
r grad t
=
lim
Δt
=
∂t
Δn→0 Δn ∂n
Chapter10. Heat transfer by conduction Basic conception
¾Steady-state conduction 稳态导热
( ) Ttimhtee=,tceamnfpbexera,thtyuer,fezuanrcetiionn∂∂dθtoepf=epn0odsietniotnof,
对流--- 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程
Newton’s law of cooling
q A
=
h(ts
−
t
f
)
h---heat transfer coefficient
ts--- surface temperature
tf----fluid temperature (ts-tf)---temperature driving force
Thermal conductivity
constant k
----a physical property of the substance. independent of the temperature gradient. It from Experiment like the Newtonian Viscosity µ,.
Conduction 热传导
Temperature gradient exists in continuous substance, heat can flow by any observable
motion of matter.
Fourier’s law (傅立叶定律)
dq = −k dt dA dx
G2，t1 T2
G1，T1
t2 A
zDouble-tube heat exchanger
套管式换热器
2 shell-and-tube heat exchanger 列管式换热器
• Single-pass shell-and-tube condenser
double-pass shell-and-tube condenser
thermalconductivity k can be write:
k =a+bT
(10-6)
★Linear function ★ k solid > k liquid > k gases
There are two types of convection :
znatural convection 自然对流
由于流体内温度不同造成的浮升力 引起的流动
zforce convection 强制对流
流体受外力作用而引起的流动。
Radiation 热辐射
Radiation is the transfer of energy through space by electromagnetic waves.
(1) heat up or cooling , (2) heat exchange (3) heat preservation, reduce heat loss
Nature of heat flow
The mechanisms by the heat flows are three:
Conduction ----热传导 Convection ----对流 Radiation --热辐射
the heat flow (from hot to cold) ,.
dq = −k ∂T dA ∂n
(10-1)
--- heat transfer area导热面积，m2
x ---distance,m
k ── thermal conductivity导热系数， W/(m·℃)或W/(m·K)
In gases, ---conduction occurs by the random motion of molecules
z In metals,.
-- conduction results from the motion of free electrons
Convection 对流
convective flow of heat --- a particle of fluid crosses a specific surface, such as the boundary of a control volume, it carries with quantity of enthalpy.
物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射 能量转移、能量形式的转化
Fourth Power Law 四次方定律
Wb = σT 4
σ=stefan-boltzmann constant
T=absolute temperature
3.Typical heat-exchange equipment
1.Double-tube heat exchanger 套管式换热器
Section 3 Heat Transfer
summarize
1.Heat Transfer and its application
2.Nature of heat flow (three type)
3.Typical heat-exchange equipment
• 1.Heat Transfer and its application • The purpose of heat transfer involve: