冶金传输原理复习

冶金传输原理复习大纲

第一篇动量传输

动量传输的研究对象：流体。

研究内容：流体的运动和平衡规律。

一基本概念

1．流体：流体是一种受任何微小剪切应力作用能持续变形的一种物质

2．流体的粘性：流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产生摩擦力（即粘性力）的性质。（与固体外表面接触时）

或流体在流动或变形时，其本身所具有的阻碍流动或变形的性质；

流体的粘度：衡量流体粘性大小的物理量;

可压缩性：流体的体积随压力变化而变化的属性称为流体的压缩性；

不可压缩性：当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。

3．理想流体: 粘性为0的流体（实际并不真正存在）

实际流体: 具有粘性的流体

4．流体压强及表示方法（绝对压强，表压）

压强：垂直作用于单位面积流体上的压力，称为压强。

压强表示方法：一个标准大气压的精确值为101.325Pa，它是指一个标准大气压比绝对零压高101.325Pa。

绝对压强：凡是用绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

表压：一般测压仪都是测定相对压强，故相对压强又称为表压强。

5．作用于流体上的力：表面力，体积力（质量力）

A 表面力

如法向力（压力），切向力（粘性力）

表面力的大小与其表面积的大小呈正比，是作用在表面上的力。

B体积力（质量力）

如重力、惯性力、电磁力等

质量力的大小与其质量的大小呈正比，它可以远距离作用在流体内部的每一个质点上。故称远程力。

6．流体流动的起因及分类：

自然流动：无外力作用，由于流体本身的性质导致的流动。(河水，风…）强制流动：在外力作用下产生的流体的流动。（自来水管，水泵…）7．速度场、速度梯度、边界层，稳态流动及非稳态流动

速度场：速度在空间和时间上的分布状态。

速度梯度：垂直于流体运动方向的速度变化率，或称速度梯度。

边界层：受固体壁面的影响速度急骤变化的区域0≤y≤δ(x)为边界层

稳态流动：在流体的任何空间点处，流体的速度即其他物理量均不随时间而改变，仅与这些点的空间位置有关，即u = f（x，y，z）…∂u/∂τ

= 0…

非稳态流动：在流体的任何空间点处，流体的速度和其他物理量只要有一项随时间而改变，这是运动要素就不仅与这些点的空间位置有关，而且与时间有关，即u = f（x，y，z，τ）…∂u/∂τ≠0…

8．动量通量的概念及计算公式

动量通量：单位时间通过单位面积的动量量，称为动量通量。

动量通量=mu/(t.A)

即：粘性流体流动时，单位时间通过单位面积流体所传输的动量。 ①对流动量通量：

由于流体流动引起的动量传输，即前述定义式；其传输方向与流体流动方向一致。

∵ m= ρuAt

∴动量通量=mu/(t·A) =ρu2

②粘性动量通量:

根据定义，动量通量=mu/(t·A )= ma/A = F/A =τ 根据牛顿粘性定律：

dy du A F x

μτ±== 对于不可压缩流体，粘性动量通量可表示为：dy u d x )(ρν

τ-=

即：速度不等的流层之间，作用在单位接触面积上的粘性力τ，相应地就是接触面积上的粘性动量通量。

式中“-”号表示，动量通量的方向与速度梯度的方向相反，即动量是从高速到低速的方向传输的。

粘性力与粘性动量通量的区别： 大小相等，方向垂直。粘性力的方向对快流层与速度的方向相反，对慢流层与速度的方向相同；粘性动量通量的方向与动量梯度（或速度梯度）的方向平行而相反，即动量是由高速流层向低速流层方向传输。 粘性动量通量是流体粘性所形成的动量传输。

粘性力→各流层之间 带动力（对慢流层）或制动力（对快流层）。

由于流层的速度不等→动量不等，快流层带动慢流层，前者将动量传给后者—实质是动量的传递过程。

注意！！：牛顿粘性定律的适用范围：层流流动的流体。

9. 什么是流体的密度、比容？如何计算混合流体的平均密度、比容？ 流体密度：单位体积流体所具有的质量称为流体密度。用e 表示

比容：是指单位质量流体所具有的体积。用ν 表示

ρν1

=

混合流体平均密度：

(1) 液体流体

一般认为混合前后体积不变，平均密度的计算式为：

∑=++=i i b b a a m x x x ρρρρ (1)

(2) 气体流体

混合前后质量不变，平均密度的计算式为：i i B B A A m x x x ∑=⋅⋅⋅⋅⋅⋅++=ρρρρ 式中：xa ，xb….…为混合物中各物质的质量分数；

xA ，xB….…为混合物中各物质的体积分数

10. 流体在流动中的阻力损失及减少阻力损失的措施。

阻力损失：∑hf ＝h1+hf

h1 — 局部阻力损失

hf — 直管摩擦阻力（沿程阻力）损失

减少流体阻力的方法包括（P57）：

(1) 在不影响管路布置的情况下，尽可能缩短管路长度。

(2) 管道中尽可能减少管件和阀件；截面的变化尽可能采用逐渐增加或

减少的方式。

(3) 适当放大管径，降低流速。

(4) 尽量选择光滑管道（莫迪图）。

11. 流体的流动型态及其影响因素。

流动型态：层流流动与湍流流动

层流: 质点作有规则的流动,运动中质点之间互不混杂,互不干扰。

湍流: 质点运动非常混乱.

结论: 存在下临界速度uc 和上临界速度uc'，当u > uc ，流动由层流→湍流； 当 u< uc' ，流动由湍流→层流。

影响因素：雷诺试验中，除流速外，流体密度、粘度及管径都会影响流动型态，固以一包含各因素无因次数群判断流动状态，即著名的雷诺数： Re=ρud/μ 或 Re = ud/υ

过渡区: uc

对光滑圆管，Re < 2300，层流； Re > 4000，湍流。

12. 射流的定义及分类。

射流：当流体由喷嘴喷射到一个足够大的空间时，流股由于脱离了原限制环境，而在空间中继续流动扩散，这种流动叫射流。

分类：自由射流 半限制射流 限制射流

13. 自由射流的基本特点。（图）

沿射流方向可将射流分为两段：初始段和主段

初始段：即射流中心速度仍为初始速度的区段，长度大约是喷管直径的6倍。（即射流核心区和射流边界层）

主段：即中心速度逐渐减小的区域（射流边界层区）

转折截面：由始段向主段转变的截面。其特点是只有中心一点的速度为初始速度。

射流核心区：保持速度为初始速度的区域