材料传输原理复习总结

材料加工冶金传输原理
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2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系
第三章 流体动力学
5）平均流速：由通过过水断面的流量Q除以过水断面的面积A而得的流速 称为断面平均流速。 6）缓（渐）变流：水流的流线几乎是平行直线的流动。或者虽有弯曲但曲 率半径又很大的流体流动，则可视为渐变流。渐变流的极限是均匀流。渐 变流同一过水断面上的动水压强分布规律同静水压强，即z1+p1/γ =常数。 7）动能（动量）修正系数：指按实际流速分布计算的动能（动量）与按
D Re
R水力 Re
过流断面积 R水力 润湿周长
D当量 4R水力
3.紊流特点：无序性、耗能性、扩散性 时均化处理紊流。瞬时流速=时均流速+脉动流速
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第四章 层流流动与湍流运动
4.不可压缩恒定均匀圆管层流
ay d y dt y t y x
x
y y
y
y z
z
d z z z z z az x y z dt t x y z
当地加速度
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迁移加速度
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断面平均流速计算的动能（动量）的比值。 它们的值均大于1.0，且取决
于总流过水断面的流速分布，分布越均匀，其值越小，越接近于1.0。一般 工程计算中常取1.0。
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第三章 流体动力学
二、基本的公式、方程
流体运动的速度、加速度
d x x x ux x ax x y z dt t x y z
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第五章 边界层理论
1.边界层的概念与特点
a.边界层厚度为一有限值； b.边界层内速度梯度较大； c.边界层厚度沿程增加； d.边界层分层流边界层和紊流边界层； e.边界层外可按理想流体对待，边界层内
d d l dy dy
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第一章 绪论
一、三种传输的基本规律
牛顿粘性定律 傅立叶导热定律
dv d dy dy
d c pT dT q a dy dy
菲克定律
d A j A DAB dy
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1）迹线：流场中流体质点运动的轨迹线； 2）流线：某一瞬时、流场中连续的不同位置质点流动方向线。 是流场中某一瞬时的一条空间曲线，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。 3）流束 ：充满在流管中的液流称为流束。流束的极限是一条流线。 无数流束就构成总流。 4）有效断面（过水断面）：即水道（管道、明渠等）中垂直于水 流流动方向的横断面，即与流束或总流的流线成正交的横断面。
边界层厚度
x 1 4.64 4.64 x Re
3）对于实际流动流体的总水头线恒为下降曲线或直线，其下降 值等于两断面的水头损失hw（ hf） 。 4） 各断面的测压管水头连线称为测压管水头线。测压管水头线 与总水头线的间距是流速水头，若是均匀流，则总水头线平行于测 压管水头线。
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第一章 绪论
二、三种传输现象的类似性
1、数学表达式相似
动量 热量 质量
动量
通量 扩散系数 热量 浓度梯度
质量
2、扩散系数具有相同的因次，单位均为（ m2/s ）
3、扩散通量为单位时间内通过与传递方向相垂直的单位面积上的动量、
热量和质量；通量的传递方向均与该量的浓度梯度的方向相反。因此，通 量的表达式中都有一个“—”
压缩性：当作用在流体上的压力增加时，流体所占有的体积将缩小，
V 这种特性称为流体的压缩性，通常用等温压缩率κ T来表示。 1 T
V p T
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第二章

流体的性质
膨胀性：
当温度变化时，流体的体积也随之变化。温度升高，体积增大，这种现
象称为流体的膨胀性，用膨胀α V系数来表示。
1 V V V T p
粘度 /粘滞性
η τ yx (dvx /dy)
（动力粘度，绝对粘度），物理意义为速度梯度为1个单位时，单位
面积上内摩擦力，单位为Pa•s。
η 运动粘度：
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2 2
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第五章 边界层理论
2. 流体掠过平板
层流时的边界层微分方程
y x 0 x y
x x 2 x x y x y y 2
速度分布为一无穷级数形式（不作为计算时使用） 边界层厚度
x 1 （x) 5.0 5 .0 x 0 Re x
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第五章 边界层理论
层流时边界层积分方程（简化后）
d dy x x 0 0 0 dx 3 x 3 y 1 y 边界层内速度分布关系 0 2 2
第三章 流体动力学
二、基本的公式、方程
连续性方程与恒定总流连续性方程
不可压缩流体：
x y z 0 x y z
不可压缩流体无分支、无汇集流动时：υ 1A1=υ 2A2，即Q1=Q2 ，
即任意断面间断面平均流速的大小与过水断面面积成反比。
恒定总流能量方程 （伯努利方程）
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流体静力学
条件
绝对 静止
静止流体的压强分布、等压面 压强分布特征 等压面特点
p pa gz f ( z )
z c (水平面 )
匀速直 线运动
以加速度a 直线运动 以角速度 ω转动
同上
a p pa g x z f ( x, z) g
第三章 流体动力学
应用能量方程时的注意事项
（1）沿流动方向在渐变流处取过水断面列能量方程； （ 2）基准面原则上可任取，但应尽量使各断面的位置水头为正； （3）在同一问题上必须采用相同的压强标准。一般均采用相对压强， 而当某断面有可能出现真空时，尽量采用绝对压强； （4）由于z+p/γ=常数，所以计算点在断面上可任取，但对于管道流动 常取断面中心点，对于明渠流动计算点常取在自由液面上； （5）应选取已知量尽量多的断面（其中一个断面应包括待求的未知量）， 如大水池表面v1=0，相对压强p=0；管道出口断面相对压强 p=0 等。
圆管内层流流速呈旋转抛物面分布
圆管内层流的最大流速是平均流速为的2倍
64 l 2 （米流 体柱） 圆管层流的水头损失：h f Re d 2 g
即水头损失与流速的一次方成正比，沿程阻力系数λ=64/Re。
2 64 l 32Q l 64 l Q N f Q hf Q 2 d d 2 g gd Re d 2g 2 32Q l 4Q 128 lQ (W ) 2 2 4 d d d
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第二章
牛顿流体
流体的性质
根据牛顿粘性定律，以切应力对速度梯度作图，若得到一 条通过原点的直线，具有这种特性的流体称为牛顿流体。
非牛顿流体 不具有上述特点的流体则统称为非牛顿流体。
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流体静力学
作用在静止流体上的力：质量力、表面力 流体静压强特性 (1)垂直受压面并沿着受压面的内法线方向。 (2)大小由位置的坐标决定，与作用方向无关。 1 p X 0 x 1 p 欧拉静平衡方程 Y 0 y
68 b）湍流区通用的经验公式 0.11 Re d
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0.25
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第四章 层流流动与湍流运动
7.非圆形管内流动问题
非圆形截面的特征长度则是水力半径R水力。
R水 力 过流断面面积 A 流体湿周 x
此时，引入当量直径de的概念，而且de=4R水力， 沿程损失的计算，只需将圆管表达式中的d用de 取代即可：
内容回顾
第一章 绪论
第二章
第三章 第四章 第五章
流体的性质
流体动力学 层流流动与湍流 边界层理论
流体静力学
第六章 材料加工中的特殊流体动的流动
第七章
相似理论及量纲分析 热量传输的基本概念、导热
第八、九章
第十章 第十一章
对流换热 辐射换热
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质量传输的基本概念
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如果流量为Q，其沿程损失的功率为
2
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第四章 层流流动与湍流运动
d d l 5.紊流切应力 dy dy
2 2
6.紊流沿程阻力系数λ的求解
首先计算雷诺数判断流动状态（注意流道的形状）。
a）尼古拉兹曲线。 根据λ与Δ,Re的关系，将整个流区分为5个区（层流、层流向紊流过 渡区、水力光滑区、水力光滑区向水力粗糙区的过渡区、水力粗糙 区），查图或利用相应的实验公式 。
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第四章 层流流动与湍流运动
1.流体流动的两种形态（层流和紊流）的特点 （运动是否有序？流体微团是否有掺混？） 2.层流、紊流的判别标准—下临界雷诺数Rec
Rec取决于边界形状（过水断面形状）、以及特征尺寸的选用。 对圆管内流Rec=2320（2300）；非圆管Rec=500；明渠Rec=300。
z1 + p1

+ 1
12
2g
z2 +
p2

+ 2
22
2g
1 2 1 hw 不特别说明取
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第三章 流体动力学
伯努利方程的几何意义和物理意义。
水头线 1）各断面的总水头连线称为总水头线或总能线。
2） 对于理想流动流体的总水头线为水平线；
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第二章
一、基本概念、知识
流体（Fluid）
流体的性质
g
质量体积： 1 V m
自然界中能流动的物质，统称为流体。
G 重度： V

m 密度： V
连续介质（Continuous medium)模型
将流体看成是由无限多个流体质点所组成的、密集而无间隙的连续介质， 流体质点是组成流体的最小单位，质点与质点之间没有空隙。
2 2 p pa g 2g r z f ( x, y , z )
`
同上
a z x c (斜 平 面 ) g
z
2
2g
r 2 c旋转抛物面
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第三章 流体动力学
一、基本概念
1 p Z 0 z
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流体静力学
流体静力学基本方程
p1 p2 z1 z2 g g z1 p1 z2 p2


或p p0 gh p0 h
绝对压强、相对压强的概念与计算
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l 2 l 2 hf d当 2 g 4 R水力 2 g
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源自文库
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第四章 层流流动与湍流运动
8.求解具体问题时注意
根据对具体情况的分析，往往需要进行必要的简化， 结合伯努利方程，有时需要结合连续性方程、静力学
基本方程。
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