注冊(cè)暖通設(shè)備工程師專業(yè)基礎(chǔ)考試公式大全

1、范文范例精心整理2.1平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱word完美格式傳熱學(xué)第1章傳熱基本概念1、溫度梯度：gradt =nOm ，指向溫度升高的方向；n -2、傅立葉定律：熱流密度q =radtWjm2 3、導(dǎo)熱系數(shù)：_q W；m k 一 _gradt4、熱擴(kuò)散系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)）：a =6m2js 表征物體被加熱 或冷卻時(shí)，物體溫度趨于均勻一致的能力。1)1、2、3、4、2)第一類邊界條件:溫度分布：t 4w1tw1 -tw2、F熱流密度：q JW± 一tw1;；空熱流量：_Aq吉2 ;多層平壁熱流密度：q Jw1 七平; n第三類邊界條件:2、多層平壁熱流密度:第2章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱2.0導(dǎo)熱方程與邊界條件1

2、）導(dǎo)熱常微分方程：2.2圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1）第一類邊界條件:2、熱流密度：ql二tW1工1、熱流密度:2）邊界條件：第一類：已知任意時(shí)刻物體邊界上的溫度值：t s 土 ；第二類：已知任意時(shí)刻物體邊界上的熱流密度：q s ;第三類：已知邊界周圍物體的溫度 tf和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h ,即3、熱流量：Qiwll ± tw1 12 ；1, d2'ln -21，d14、多層圓筒熱流密度：q5上去-2）第三類邊界條件:tf1 上f2ql =-TT33；1 1doi- In 2=/._ 4 卜2叫2.3臨界熱絕緣直徑單位管長(zhǎng)總熱阻:Rti1=dc2 Ms22.42、多層圓筒熱流密度:d2d；2時(shí)

3、，有散熱作用;對(duì)2時(shí)，有保溫作用;肋片傳熱；、溫度分布:曾日書(shū)需2、肋端溫度（過(guò)余溫度）：日，.1；.飛上飛ml3、肋片表面散熱量：呵A0hmi ）4、肋片效率:增大ne表面換熱系數(shù)h肋厚g肋高l肋的導(dǎo)熱系數(shù)九等截面直肋散熱影響因素5、界面接觸熱阻：Rc第3章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中的兩個(gè)準(zhǔn)則傅里葉準(zhǔn)則：Fo =ajo當(dāng)Fo >.2時(shí)，過(guò)余溫度隨時(shí)間6-線性變化，瞬態(tài)溫度變化進(jìn)行正常情況階段。畢渥準(zhǔn)則：Bi數(shù)值大小直接影響物體內(nèi)溫度分布情況。當(dāng)Bi意味著對(duì)流換熱熱阻趨于0 ,壁表面溫度幾乎從開(kāi)始立即達(dá)到流體溫度;當(dāng)Bi 一次，意味著物體導(dǎo)熱熱阻趨于0 ,溫度分布應(yīng)超于均勻一致。Bi準(zhǔn)則

4、越小，內(nèi)部溫度越趨于一致。當(dāng) Bi<0.1時(shí)，可近似認(rèn)為物體溫度是均勻一致的。2、集總參數(shù)法Bi次.1時(shí)，可使用集總參數(shù)法時(shí)間常數(shù)（弛豫時(shí)間）當(dāng)7時(shí)，=t-i-1=36.8%J to 上-當(dāng)予二47時(shí)，號(hào)上/T：83% ,工程上可認(rèn)定導(dǎo)熱體已J to二達(dá)到熱平衡狀態(tài)。3、滲透厚度：二,z3.46-. a .第4章導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)值解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)值計(jì)算溫度-x溫度-時(shí)間限制顯式差分格式二階中心差分一階向前差分Fo%隱式差分格式二階中心差分一階向后差分無(wú)第二、三類邊界條件，采用顯式差分，穩(wěn)定條件為Fo 2B-；采用隱式差分則無(wú)穩(wěn)定條件。第5章對(duì)流換熱5.0對(duì)流換熱基本理論對(duì)流換熱既有對(duì)流，又有

5、導(dǎo)熱，不是基本傳熱方式，確定h 及增強(qiáng)換熱的措施是對(duì)流換熱的核心問(wèn)題?；竟綖榕ｎD冷 卻公式：牛頓冷卻公式：q *tw上影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素：流動(dòng)的起因流動(dòng)速度流體有無(wú)相變換熱面的幾何形狀、大小和位置流體的熱物理性質(zhì)確定對(duì)流換熱系數(shù)h函數(shù)關(guān)系式的方法：理論解法：理論解法（分析法）是在所建立的邊界層對(duì) 流換熱微分方程組的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)分析解法、積分近似解 法、數(shù)值解法和比擬法求得對(duì)流換熱系數(shù) h的表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)解法：相似原理或量綱分析法，將眾多的影響因素 綜合成為數(shù)不多的無(wú)量綱準(zhǔn)則，通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得各準(zhǔn)則間的函數(shù) 關(guān)系，再將函數(shù)關(guān)系推廣到與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相似的實(shí)際現(xiàn)象中去。比擬法：比擬法是指通過(guò)研究動(dòng)

6、量傳遞及熱量傳遞的共 性或類似特性，以建立起表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與阻力系數(shù)間相互關(guān)系 的方法。數(shù)值法：數(shù)值法是指通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法求解表面?zhèn)鳠?系數(shù)。5.1邊界層對(duì)流傳熱理論流動(dòng)邊界層：壁面上流體速度為零，到接近流體主流速度 的一流體層，厚度為6,即流體速度u為主流速度u/勺0.99 處，即 u/u-=0.99 。熱邊界層：過(guò)余溫度 0.99 0.99（tf _tw）,壁溫tw , 熱邊界層厚度為二可認(rèn)為只有在熱邊界層有溫度變化，熱 邊界層以外可視為等溫流動(dòng)區(qū)。熱邊界層厚度不一定等于流動(dòng) 邊界層厚度。1）外掠平板層流換熱：Re c z-xc-三：105V5.2對(duì)流換熱無(wú)量綱準(zhǔn)則及意義普朗特?cái)?shù)Pr =_

7、 aNu -f Re Pr邊界層厚度：_、,名.0Rex12 x -C .1局部摩擦系數(shù)：=0.332 Re,2 一平均摩擦系數(shù)：CfqIpfxdx松328 ReN局部換熱系數(shù)：hx 30.332 JPr13 Rex2 x準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：Nux =0.332Pr13 Re：平均換熱系數(shù)：h zz0.664 _2pr 13 Rex-2 l斯坦頓準(zhǔn)則：St =Nu / Re Pr =_ h反映紊流表面?zhèn)鳠醬cPT系數(shù)和摩擦系數(shù)間關(guān)系，稱雷諾類比律。努謝爾特準(zhǔn)則：NuW,數(shù)值大小反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。雷諾準(zhǔn)則：Re里V,反映流體流動(dòng)時(shí)慣性力與黏滯力的相對(duì)大小，反映流態(tài)對(duì)換換的影響。格拉曉夫準(zhǔn)則：Gr芻掣

8、3 ,反映浮升力與黏滯力的相對(duì)大小，流體自由流動(dòng)狀態(tài)對(duì)換熱影響。普朗特準(zhǔn)則：Pr為a ,又稱物性準(zhǔn)則，反映了流體的動(dòng)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式:zS.664 Pr13 Re；定性溫度：tm =（卡j ,定型尺寸為板長(zhǎng)x、l2）外掠平板紊流換熱: 5>105 及Q -2107局部摩擦系數(shù)：Cf ,x z0.0592Rex，準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：Nux =0.0296Pr-3Re4%準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：Nu =0.037Re08 -870 Pr13適用范圍：0.6 <Pr <0、5 X05 <e <08 o定性溫度：tm <f ± j ,定型尺寸為板長(zhǎng)l 量傳遞和熱量傳遞能力的相對(duì)大小

9、。Pr值的大?。阂簯B(tài)金屬 < 水（油。5.3 相似原理相似條件：同類現(xiàn)象，單值性條件相似，同名的已定準(zhǔn)則 相等。單值條件包括：幾何條件，物理?xiàng)l件，邊界條件，時(shí)間條 件。5.4 常用相識(shí)準(zhǔn)則：1）無(wú)相變受迫穩(wěn)態(tài)對(duì)流換熱，若自然對(duì)流可忽略不計(jì)：._ _ _ n _ mNu 二f Re,Pr zC Re Pr2）對(duì)于空氣，Pr為常數(shù)，無(wú)相變受迫穩(wěn)態(tài)對(duì)流換熱，則為:管子較長(zhǎng)，不考慮自然對(duì)流的影響:Nu T Re 任 RenNUf -4.36 q -const3）自然對(duì)流換熱:NUf -3.66tw -constNu d fr,Pr 瀘pr Pr)3）粗糙管壁的換熱:管內(nèi)紊流換熱第6章單相流體對(duì)流

10、換熱StPr2-3 =1一86.1管內(nèi)受迫對(duì)流換熱阻力損失：.p=f胃進(jìn)口段長(zhǎng)度:f:沿程阻力系數(shù)Pr > ,流動(dòng)進(jìn)口段長(zhǎng)度大于熱進(jìn)口段長(zhǎng)度;6.2外掠圓管流動(dòng)換熱Pr4，流動(dòng)進(jìn)口段長(zhǎng)度小于熱進(jìn)口段長(zhǎng)度;1）外掠單管1）紊流換熱:關(guān)聯(lián)式：Nu =f Re,Pr '冶RenPrm迪圖斯-貝爾特關(guān)聯(lián)式:Re <0 ,不發(fā)生脫體;10 <Re或.5>105 ,層流，脫體發(fā)生在80° 85°Nuf zO.023ReO.8Pr0.3tw 也Re >.5X（05 ,紊流，脫體點(diǎn)可推移到14co非圓管當(dāng)量直徑：de fA.：U2）外掠管束.0.8J0

11、8 "IQ.S0.4 I lc,4. 0.2 、h =f(u, ： , .-,Cp , ,d -)管束換熱關(guān)聯(lián)式：Nu f =£ Re? Pr；"亙 ,%JPrw螺旋管修正系數(shù):后排管子傳熱系數(shù)高于前排管子換熱系數(shù)。氣體： R 4 1.77 d .:R6.3自然對(duì)流換熱液體： r W“1Q3d：R31）無(wú)限空間自然對(duì)流2）層流換熱:在常壁溫或常熱流邊界條件下當(dāng)達(dá)到旺盛紊流時(shí)，局部表面?zhèn)鞯?章凝結(jié)與沸騰換熱熱系數(shù)h*將保持不變，即與壁的高度無(wú)關(guān)。2)自然對(duì)流準(zhǔn)則關(guān)系式:Nu C GrPrn.'zCRan自?；F(xiàn)象：自然對(duì)流紊流，準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式中常壁溫時(shí)n孕, 常

12、熱流時(shí)n用4 ,關(guān)聯(lián)式展開(kāi)后兩邊的定型尺寸可消去，表明自然對(duì)流紊流傳熱系數(shù)與定型尺寸無(wú)關(guān)， 這現(xiàn)象叫自?；F(xiàn)象。3)有限空間中的自然對(duì)流換熱封閉夾層空間換熱關(guān)聯(lián)式：Nuc£GPmH有限空間自然對(duì)流換熱：(1)垂直夾層：出現(xiàn)環(huán)流，正常； 3H >0.3,無(wú)環(huán)流，可按無(wú)限空間計(jì)算；兩壁溫差和高度都很小，使Gr<2000,則無(wú)流 動(dòng)，可按純導(dǎo)熱計(jì)算。(2)水平夾層：此時(shí)自然對(duì)流只發(fā)生在熱面在下的情況。對(duì)氣體，Gr<1700時(shí)可按純導(dǎo)熱計(jì)算；Gr>1700后出現(xiàn)蜂窩狀分布的環(huán)流；Gr=50000后呈現(xiàn)無(wú)序的紊流。傾斜夾層Gr / Re2可作為判斷自由流動(dòng)影響程度的準(zhǔn)則

13、，體現(xiàn)了浮升力 與慣性力的相對(duì)大小。一般，當(dāng)0.1時(shí)，則不能忽略自然對(duì) 流的影響；當(dāng)10時(shí)，則可按純自然對(duì)流處理。凝結(jié)分為膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)。層流膜狀凝結(jié)換熱(30 Rec800 );紊流膜狀凝結(jié)換熱(Rec <1800 );7.1 凝結(jié)換熱膜狀凝結(jié)：能很好地潤(rùn)濕壁面。珠狀凝結(jié)：傳熱在蒸氣與液珠表面及蒸氣與裸露的冷壁間 進(jìn)行。珠狀比膜狀凝結(jié)的傳熱性能好。對(duì)水平管，一般均勻?qū)恿鳡顟B(tài)。對(duì)垂直壁，上部為層流， 隨膜液向下流動(dòng)，Re增大，在Re>1800后轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，整個(gè) 壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)應(yīng)按加權(quán)平均計(jì)算。多根管的水平管束，上排的凝液會(huì)流到下排管上，使下排管凝液膜加厚，傳熱效果降低。

14、影響膜狀凝結(jié)換熱因素：蒸氣中含微量不凝氣體，對(duì)換熱 影響很大；含潤(rùn)滑油；Re數(shù)低時(shí)，表面粗糙使膜增厚，傳熱 性能降低。增強(qiáng)凝結(jié)換熱措施措施：減薄凝液膜厚度，加速排液。1)垂直壁層流膜狀凝結(jié)理論平均傳熱系數(shù):垂直管：Co3.76Re戶;水平管：Co =1.51Rec ；7.2沸騰換熱飽和沸騰過(guò)程：過(guò)熱度小，無(wú)沸騰，為自然對(duì)流換熱；過(guò)熱度升高，換熱強(qiáng)烈，稱核態(tài)沸騰；生成氣泡過(guò)多，開(kāi)始覆蓋加熱面形成氣膜，傳熱惡化，氣膜不容易開(kāi)裂，稱過(guò)渡沸騰（或膜態(tài)沸騰），持續(xù)到熱流密度為最小時(shí)；凝結(jié)準(zhǔn)則Co為無(wú)量綱數(shù)群，也稱為修正Nu準(zhǔn)則，其大小反形成穩(wěn)定的汽膜層，傳熱回升，稱穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。映凝結(jié)換熱的強(qiáng)弱。1MB

15、 I形成氣泡核的基本動(dòng)力：沸騰溫差表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下一層管比上一層管小。Co W.51Rec4平均傳熱系數(shù)：hd =0.725)Jh =0.122卞15氣泡最小半徑：口,12）垂直壁層紊流膜狀凝結(jié)Rec8750 58Pr 0-5 Re0-75 J2533）水平管外壁水平管由于管徑較小，不會(huì)出現(xiàn)紊流膜狀凝結(jié)，只有層流膜狀凝結(jié)。水平管簇冷凝器大多數(shù)由管束組成。一般用Nd代替上式的d。%=0.77 hv,當(dāng)時(shí)，乜 3 ,故橫管傳熱系 hv第8章輻射傳熱8.1熱輻射基本概念數(shù)比豎管要大，故冷凝器都設(shè)計(jì)成臥式。吸收、反射和透射:力最大。實(shí)際物體的單色輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的變化是不規(guī)則G -.G pG：用單色輻

16、射：黑體： 口二；白體 也；透明體：石三把波長(zhǎng)在0.110011的電磁波稱為熱射線。它在介質(zhì)中的傳播速度等于光速。在真空中可以傳播。凡溫度大于0K的物體 都會(huì)發(fā)射熱射線。黑體：全吸收；白體：全反射；透明體：全 透射。輻射強(qiáng)度，是指對(duì)某給定方向，在垂直于該方向的單位投影面 積上，在單位時(shí)間、單位立體角內(nèi)所發(fā)射的全波長(zhǎng)能量，符號(hào) 為L(zhǎng) ,單位W/m2 sr ,也稱定向輻射強(qiáng)度。輻射力，是指物體在單位時(shí)間內(nèi)單位表面積向半球空間所發(fā)射的全波長(zhǎng)能量，以E表示,W/irf。黑體的單色輻射力隨溫度升高而增大，隨溫度升高最大單色輻 射力向短波方向移動(dòng)。黑體輻射力Eb RT4 ,與絕對(duì)溫度四次方成正比， :b-

17、W.67>10 8W,：m2 K4 |設(shè)表面為漫輻射表面，則定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)。在與法線 成二角方向的定向輻射力按余弦規(guī)律變化，法向的定向輻射的。發(fā)射率名Eb。實(shí)際物體在紅外波段內(nèi)可近似地作為灰體。在熱平衡條件下，物體的定向單色發(fā)射率等于它的定向單色吸收比。如果表面不僅是漫輻射，而且是灰體，則輻射性質(zhì)與方向、波長(zhǎng)都無(wú)關(guān)，發(fā)射率等于吸收比。8.2 普朗克定律 黑體單色發(fā)射力Eb ,九維恩位移定律：maxT897.6.m K8.3 斯蒂芬-波爾茲曼定律Eb = Eb dx =；"4 xb iT0黑體輻射常數(shù)：Q-=5.67Xl0-8-W/m2 K4 黑體輻射系數(shù)：Cb z=5.

18、67W：,m2 K4 .18.4 蘭貝特余弦定律蘭貝特定律表述1：黑體表面具有漫反射性質(zhì)，即: 二4冷，蘭貝特定律表述2,即余弦定律:E ;-t -cos :T n cos 二-En cos JE生h漫輻射表面，輻射力是任意方向輻射強(qiáng)度的n倍。8.5 基爾霍夫定律實(shí)際物體的輻射力與同等溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率（或黑度）。即灰體是指物體單色輻射能力與同溫度黑體單色輻射力隨波長(zhǎng)的變化曲線相似，或單色發(fā)射率不隨波長(zhǎng)變化的物體。在熱平衡條件下，表面單色定向發(fā)射率等于它的單色定向吸收率。第9章輻射換熱計(jì)算9.1角系數(shù)：角系數(shù)：有兩個(gè)表面，編號(hào)為1和2,其間充滿透明介質(zhì)，則表面1對(duì)表面2的

19、角系數(shù) 入,2是表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1輻射能量的百分比。角系數(shù)應(yīng)用的限制條件，即漫射面、等溫、物性均勻。角系數(shù)的性質(zhì)：1）互換性：AXi,j nAjXj,i ;n2）完整性：'AXt -Ji2,3 .,n3）分解性： A1X12 z=A<aX1a,2 -4A1bX1b,2三表面封閉系統(tǒng)：X12 11d31-211無(wú)限長(zhǎng)表面角系數(shù)：丫交叉線之和才交叉線之和bc+ad _ab-cdX1,2 = 2 M表面A1的斷面長(zhǎng)度-2ab9.2灰體面間的輻射傳熱投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能，記為G 。有效輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開(kāi)單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射

20、J 。包括了自身的發(fā)射輻射E和反射車g射 G 。R上學(xué)稱為表面A的輻射熱阻，又稱表面熱阻，表面發(fā)射A :率越大，表面熱阻越小，黑表面表面熱阻為 0。組成封閉腔兩灰體表面輻射換熱計(jì)算：12 =Eb1 -Eb21A1X 12A12A2平行無(wú)限大灰體表面輻射換熱計(jì)算:空腔與內(nèi)包壁面表面輻射換熱計(jì)算：；2三.11.A 1 it:I1; A2.2;A2第A1且卷值較大，上式化簡(jiǎn)為：6二黔261 _Eb2 )9.3氣體輻射1)氣體輻射的特點(diǎn)：(1)氣體輻射和吸收具有明顯的選擇性；(2)氣體輻射和吸收在整個(gè)容器中進(jìn)行，強(qiáng)度逐漸減弱。2)氣體吸收定律氣體吸收定律也叫布格爾定律，即：氣體吸收與氣體性質(zhì)、壓力、溫

21、度及射線波長(zhǎng)有關(guān)。負(fù)號(hào)表明輻射強(qiáng)度隨氣體層厚度增加而減弱。單色輻射強(qiáng)度穿過(guò)氣體層 時(shí)按指數(shù)規(guī)律減弱。太陽(yáng)輻射能99嗾中在0.2-3 11m范圍內(nèi)。通常希望在311m以下太陽(yáng)輻射的單色吸收比盡量大，3(1 m以上的則盡量小。普通玻璃可透過(guò)3 fLm以下射線，3 fLm以上的長(zhǎng)波基本不透過(guò)， "溫室效應(yīng)”。3)氣體的發(fā)射率和吸收率氣體的發(fā)射率是表面的輻射特性，吸收率是容積的輻射特性。(1)氣體單色吸收率和發(fā)射率：；="上口(2)氣體的吸收率值那氣體輻射具有選擇性，不能當(dāng)灰體對(duì)待。影響氣體發(fā)射率的因素：氣體溫度；射線平均行程與氣體分壓的乘積；氣體分壓與氣體所處的總壓。第10章傳熱

22、和換熱器對(duì)數(shù)平均溫差：能效皆換熱器的實(shí)際傳熱量與最大可能的傳熱量之比，反映了換熱器"冷熱流體進(jìn)口溫度差”的利用率。Cmin沸騰和凝結(jié)時(shí)，Cmin/Cma* T，順流、逆流及其他所有流動(dòng)方式的梆相同，為:NTU常見(jiàn)相識(shí)準(zhǔn)則數(shù)及其物理意義準(zhǔn)則名稱表達(dá)式物理意義傅立葉準(zhǔn)則,非穩(wěn)態(tài)過(guò)程無(wú)量綱時(shí)間，表征非穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行深度。畢渥準(zhǔn)則hlBi fA固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻之比，？為固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。努謝爾特準(zhǔn)則hlNu =7?A表征壁面法向無(wú)量綱過(guò)余溫度梯度的大小，反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。，一為流體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。普朗特準(zhǔn)則又稱物性準(zhǔn)則，反映流體動(dòng)量傳遞能力與熱量傳遞能力的相對(duì)大小，表現(xiàn)對(duì)流物性

23、對(duì)換熱影響。雷諾準(zhǔn)則R。'表征流體受迫運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性力與粘性力的相對(duì)比值，其大小反映了流態(tài)對(duì)換熱影響。格拉曉夫準(zhǔn)則Grk表征流體自然對(duì)流流動(dòng)時(shí)浮升力與粘性力的對(duì)比值，其大小反映了自然對(duì)流流態(tài)對(duì)換熱的影響。凝結(jié)準(zhǔn)則*j無(wú)量綱數(shù)群，也稱為修正Nu準(zhǔn)則，其大小反映凝結(jié)換熱的強(qiáng)弱。斯坦登準(zhǔn)則NuRehSt =4Pr 即OQ一種修正Nu數(shù)，視為流體實(shí)際的換熱熱流密度與流體可傳遞的最大熱流密度之比。J因子j =StPr23無(wú)量綱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)摩擦系數(shù)Cf 卡Pz無(wú)量綱表面切應(yīng)力工程流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī)（含流體力學(xué)）3.1流體力學(xué)基礎(chǔ)單位質(zhì)量力：fFb m 3m密度值：p ±00 kg,.m3卜:

24、短 +3600 kg m3羲 4.29 kg m3 J歐拉法是以流場(chǎng)為研究對(duì)象：時(shí)變加速度（當(dāng)?shù)丶铀俣龋簳r(shí)間變化引起的加速度;位變加速度（遷移加速度）：空間變化引起的加速度;歐拉法（非恒定流）：ux T*'、y、z、t ）瓦 Ty （x、y、Z、t）u z 0 （x、y、z、t ）歐拉法（恒定流）：牛頓內(nèi)摩擦定律：剪切力：*x ZzUx(X、y、Z y Tyjx、y、Z z =uzfx、y、z2、恒定元流能量方程內(nèi)摩擦力：T - . A du-dy動(dòng)力粘度： Mb流線:& _d_y _dzUx -U y -Uz液體：Tf P連續(xù)性方程：rViAi -俗2A2流體能量方程（伯努

25、利方程）：Pi.7U1 P276H一-Zi=Z zC完全氣體狀態(tài)方程:2g2gZ :位置水頭;2；N壓縮系數(shù)：”修膨脹系數(shù)：.牛黑=-1二票1k1、描述流體運(yùn)動(dòng)的方法:拉格朗日法（以單個(gè)質(zhì)點(diǎn)為對(duì)象）、b、c、t、b、c、t、b、c、t.Py：壓強(qiáng)水頭；2:流速水頭；2gH p當(dāng)七：測(cè)壓管水頭;H -p Z H :總水頭;實(shí)際流體能量方程:面積比尺:P1 4 ? =% Z ¥ n；22g2g -3、恒定總流能量方程體積比尺:V=F單位重量流體能量方程:運(yùn)動(dòng)相似:2g2二2v 2 九22g -速度比尺:U1P U2P vpv F K Q時(shí)間比尺:tp lp Um lu3dA動(dòng)能修正系數(shù)：

26、-=73其-分布較均勻白流動(dòng)：.=.05|_1通常取Q4.0。動(dòng)力相似:氣體能量方程:TPGPPpIP；一 才2 2 .號(hào).p1 2Tm -Gm -Pm -Im動(dòng)力相似是運(yùn)動(dòng)相似的保證兩斷面高度相差不大時(shí):慣性力(I )： Fi _p2v2粘性力（T）: Fv4、恒定總流動(dòng)量方程:比托管測(cè)流速：u - 2重力（G：FG=你3壓力（P）： FP -.Pl2F =R（pV2 以）R動(dòng)量修正系數(shù)雷諾數(shù)：Re =F1 =v!Fv水垂直噴射平板受力：F -Qv3.2相似原理與因次分析Fv2弗諾得數(shù)：Fr上二F -gl歐拉數(shù)：Eu -FT =三Fi y1、相似原理幾何相似長(zhǎng)度比尺：f z=ip- 32上，

27、了二m 1ml2 m3.3流動(dòng)阻力和能量損失1、流動(dòng)阻力與能量損失管路能量損失：h zzhf；沿程水頭損失:hfl v2二匹粘性力Tn嗒局部水頭損失:hm2g慣性切應(yīng)力（雷諾力）：邛二甲可圓管紊流斷面流速分布是對(duì)數(shù)型的。2、層流與紊流6、沿程阻力的計(jì)算對(duì)于圓管:(d:直徑；R:水力半徑）層流：Re2000 £300 1 ReRvR-,：500 575紊流：Revd_ y000 f300 ) ReRvR二;500 5753、均勻流方程壁面切應(yīng)力:r0 hf2 ro水力坡度：Jhf4、圓管層流管內(nèi)流速分布:最大流速:u J'2 )1;gJ 2;gJ “v Yumax =8W 畫3

28、 ；平均流速:沿程損失:一 ,32 -Vl 64 l v2hf =Jl =r =f-gd2Red 2g沿程阻力系數(shù)：,塔5、圓管紊流粘性切應(yīng)力（牛頓內(nèi)摩擦定律）00-hlMiUd幅黑虢踵聊沿程阻力系數(shù)7L的變化:層流區(qū):臨界過(guò)渡區(qū):紊流光滑區(qū):紊流過(guò)渡區(qū):紊流粗糙區(qū): =fi Re Re.,1 Re :：2000 |,f Re :|Re / *000 :Re ：4000遙 Re Re 4000 7、非圓管的沿程損失水力半徑：R金圓管：R =4 ;矩形：R -ab_23七當(dāng)量直徑：de =4R8、局部損失突然擴(kuò)大管:3.4管路計(jì)算1、管路計(jì)算對(duì)于液體：H = ：、12gHt.二:d g管路阻抗：

29、Sh a J3 d g對(duì)于氣體：輸入水頭：Hi =H 4p0y 4ShQ 2 ；最大真空高度：hV卜8.5m。2、管路串、并聯(lián)計(jì)算串聯(lián)：流量：Q1且2 3阻抗：S =£, -S2 -S3并聯(lián)：阻抗：；S .S10ssi i i流重：Q:Q:Q3=_ :_： _；、fS1 JS2 fS33、孔口管嘴管道流動(dòng)1）孔口流：出口流速：Vc4©12gH7 ；流速系數(shù)：00.97 （收縮斷面e.；2處）；收縮系數(shù)：，=Ac =0.64流量系數(shù)：_0 .622）管嘴流：出口 流速：Vb Wy25H0 ;流速系數(shù)：61:0.82 ;收縮系數(shù)：，點(diǎn)旦流量系數(shù)：f.：；z0.82管嘴正常出流條

30、件：H 0-£9m, L =3L 4d結(jié)論：Vb心.c , Q弘04、明渠恒定流緩流：障礙物的影響能向上游傳播的明渠流動(dòng)形態(tài);急流：障礙物的影響不能向上游傳播的明渠流動(dòng)形態(tài)。1）梯形斷面水力要素:順坡，坡度沿程不變；粗糙系數(shù)n沿程不變;沿程無(wú)局部干擾。明渠均勻流水力特征：沿程過(guò)流斷面的水深、流量、斷面平均流速、過(guò)流斷面平過(guò)水?dāng)嗝娣e：A -b .mh濕周：/zb 書(shū).1 4m2 ；水力半徑：R至2）圓斷面水力要素：均流速均不變；渠底坡度與水利坡度相等，即J=i4）謝才公式謝才公式：v _C JRJ _p.jRT曼寧公式：C2R16 , n （粗糙系數(shù)） n流量：q 密 =ac-YrT

31、- R23i12 n充滿角：zsin2-4-過(guò)水?dāng)嗝娣e:對(duì)于圓斷面：a=0.93 時(shí)有 QmaxO（=0.85 時(shí)有 Vmax5）滲流、v . A .孔隙率：n . 一1v A -水力半徑:滲流流速：u=nrnin, J1 %3）明渠均勻流的發(fā)生條件:滲流重要特點(diǎn)：H=Hp =Z由P ;恒定流，流量沿程不變;達(dá)西定律（滲流線性定律）：長(zhǎng)直渠道;u WJ 才土 =_kdH_ , k -滲流系數(shù)l ds適用于Re二10的滲流6）潛水井（完全井）影響半徑：R H000S.R修000 H _h7）集水廊單側(cè)單位寬度上的滲流量:總流量：Q -2ql3.5特定流動(dòng)分析無(wú)旋流動(dòng)：流場(chǎng)中各點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角速度等于零的

32、運(yùn)動(dòng)，即流體 微團(tuán)不繞自身軸旋轉(zhuǎn)。只有內(nèi)部不存在摩擦力的理想流體場(chǎng)才 可能存在無(wú)旋流動(dòng)。無(wú)旋流動(dòng)的前提:IIy速度勢(shì)函數(shù)：dCQx, y,z Jixdx duydy 也 dz全微分展開(kāi):dz -ux dx -'uydyuzdz-X.: .-Z,拉普拉斯方程:對(duì)于不可壓縮的流體的平面流動(dòng)， 存在流函數(shù)軟y）與速度分量存在以下關(guān)系:d-；jdx，；'Jdy =uxdy -Uydx =0Xy不可壓縮流體平面無(wú)旋流動(dòng)的流函數(shù)，滿足拉普拉斯方程，也是調(diào)和函數(shù)。滿足拉普拉斯方程的函數(shù)稱為調(diào)和函數(shù)。不可壓縮流體勢(shì) 流的速度函數(shù)，是坐標(biāo)X、V、z的調(diào)和函數(shù)。而拉普拉斯方程 本身，就是不可壓縮流

33、體無(wú)旋流動(dòng)的連續(xù)性方程。無(wú)旋和有勢(shì)互為充分必要條件。一切不可壓縮流體的平面流動(dòng)，無(wú)論是有旋流動(dòng)還是無(wú)旋 流動(dòng)都存在流函數(shù)，但只有無(wú)旋流動(dòng)才存在勢(shì)函數(shù)。平面勢(shì)流 的流函數(shù)和勢(shì)函數(shù)互為共軻函數(shù)。流函數(shù)等值線（即流線）和勢(shì)函數(shù)等值線（簡(jiǎn)稱等勢(shì)線） 正交。T0M2噴管和擴(kuò)壓管流速變化與截面變化的關(guān)系：2 *八I 之I 3H ，m件2N 3I 2 或=口133.7泵與風(fēng)機(jī)1、泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線：流量-揚(yáng)程： Hfg）流量-軸功率：N=fz（巧流量-設(shè)備本身效率：）2、泵與風(fēng)機(jī)流動(dòng)損失：流動(dòng)水力損失（降低實(shí)際壓力）；容積損失（減少流量）；機(jī)械損失。全效率=容積效率X水力效率x機(jī)械效率泵的揚(yáng)程：H =Hg

34、SQ23.6氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)聲速：c 謫NkpfkRT絕熱指數(shù)：k上虺 （i-分子自由度，空氣i=1.4） i氣體常數(shù)：R =8314 kg K （n-分子量，空氣n=29）馬赫數(shù)：M -V-斷面A與氣流速度v的關(guān)系：dA 2 dv-=M2a V-dh ndp ncdc ,故增速則壓降，降速則壓升kk v2RTo nRT . Honst k 1 k 12電機(jī)功率：N向前葉形的泵和風(fēng)機(jī)總的揚(yáng)程較大，但能量損失也大，效率較3、管路性能曲線及工作點(diǎn)低、離心式泵和大型風(fēng)機(jī)，為提高效率，均采用向后型葉形。就中小型風(fēng)機(jī)而論，效率不是主要考慮因素，也可采用向前型Q-H曲線:葉形的，向前型葉形的設(shè)備可以將外形尺

35、寸做的較小。平坦型：流量變化小，能頭變化大;7、氣蝕的原因陡降型：流量變化大，能頭變化小;幾何安裝高度過(guò)高;駝峰型：有穩(wěn)定工作點(diǎn)和不穩(wěn)定工作點(diǎn)。泵安裝地點(diǎn)海拔高，大氣壓低;dH dH兩性能曲線在某交點(diǎn)的斜率 =,則為穩(wěn)定工作點(diǎn)。輸送液體溫度過(guò)高。dQ ，dQ吸入口壓強(qiáng)水頭（吸入口真空高度）流體動(dòng)力特性：H ZZPL2. 4Hz + ±1 4qq2 ;:g閉合管路中運(yùn)行時(shí)：H sQd4、改變管路性能曲線的方法:Hs<Hs ,'*smax 93壓出管上閥門節(jié)流;吸入管上閥門節(jié)流（水泵不用該方法）Hsmax ：開(kāi)始?xì)馕g的臨界吸入口真空度，廠家試驗(yàn)所得Hs 允許吸入口真空度，標(biāo)

36、準(zhǔn)大氣壓、20C試驗(yàn)得;5、改變泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的調(diào)節(jié)方法:允許水泵安裝高度;改變風(fēng)機(jī)與泵的轉(zhuǎn)速;流量:Q nQm -nm實(shí)際安裝高度：Hg .|Hg Hs !- s .:三修正HslHs.!-10.33-70.24-hv揚(yáng)程:hA -當(dāng)?shù)卮髿鈮簤簭?qiáng)水頭（m）;功率:3in兒-與水溫相對(duì)應(yīng)的氣化壓強(qiáng)水頭（m）。改變風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流閥的葉片角度;必須氣蝕余量：!h |-n :：0.3-0.3切削泵葉輪外徑及改變風(fēng)機(jī)葉片寬度及角度。泵允許安裝高度:6、葉形對(duì)性能的影響a = a2禪小"廠,二tan a ,n -J,=2j第3章動(dòng)力學(xué)1、力學(xué)基本定律：第一定律（慣性定律）；第二定律（力與加速度

37、的關(guān)系定律）：F _ma第三定律（作用與反作用定律）。2、動(dòng)量質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量： p =mv ,矢量；n質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量：p WmiV zzMvc ?動(dòng)量主矢；n剛體系統(tǒng)的動(dòng)量：p _'MiVCi3、沖量：衡量力在某段時(shí)間內(nèi)積累的作用。I -ft4、動(dòng)量定理：質(zhì)點(diǎn)：.（mv V-F ;質(zhì)系：處于F ;dt質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定律：ma Af5、動(dòng)量矩:質(zhì)點(diǎn)對(duì)固定點(diǎn)O的動(dòng)量矩：Mo ngv ；方向：右手法則確定，單位kg m2/sn質(zhì)點(diǎn)系對(duì)固定點(diǎn)O的動(dòng)量矩：Lo；剛體動(dòng)量矩：LO =MO（mx /c淅乂平動(dòng)剛體：Lz =Jj ,平面運(yùn)動(dòng)：L。rc：.mvc:Jc-，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平移公式：Jz ：Jzc md26、

38、簡(jiǎn)單形體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：理論力學(xué)第1章靜力學(xué)1、力對(duì)點(diǎn)的矩：M0（尸fh方向：逆時(shí)針轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)。2、力對(duì)軸的矩：Mz（泮。f*y盧yh方向：按右手螺旋法則定。3、力偶：M -Fd方向：逆時(shí)針轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)。4、零桿判斷方法：兩桿節(jié)點(diǎn)上無(wú)外力作用，且兩桿不在一直線上，兩桿都是零桿；三桿節(jié)點(diǎn)上無(wú)外力作用，其中兩桿在同一直線上，另一 桿是零桿；兩桿不在同一直線上，若在 1桿的反向加上力F,則2 桿是零桿。5、摩擦自鎖條件：tan 口土第2章運(yùn)動(dòng)學(xué)1、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)公式：轉(zhuǎn)動(dòng)方程：-f t角速度：dt角加速度：''''=d-'、 dt dt速度：v zR .加速

39、度：a工匚ann2at =R a an出鷹之R物體形狀轉(zhuǎn)動(dòng)慣量回轉(zhuǎn)半徑Jzc 512 ml2細(xì)直桿J ml2 z飛_1p不1細(xì)圓環(huán),12J x -J y » mr_1p=p 予r2Jz ZJO mp主Jx =Jy =4mr2p4r薄圓盤Jz =JO =mr2p 士簡(jiǎn)單形體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量7、動(dòng)量矩定理:轉(zhuǎn)動(dòng)剛體：T J Jz. 2平面運(yùn)動(dòng)剛體：TmvigJz -質(zhì)點(diǎn)：dMdt質(zhì)點(diǎn)系:定軸轉(zhuǎn)動(dòng):平面運(yùn)動(dòng):8、動(dòng)能定理:常力做功:重力做功:彈力做功:力偶做功:9、動(dòng)能：平動(dòng)剛體:JzOt=SMzf ) ma ="FW -f cos ,卞W =mg zi -Z2Wi2 4 in2 -2W

40、12 =佚(FT -1 mv22 c5.1軸向拉伸與壓縮材料力學(xué)4、材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能1）低碳鋼拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能1、橫截面上的應(yīng)力及強(qiáng)度條件拉壓二恚拉壓強(qiáng)度條件:OA :值彈性極限；（J比例極限彈性階段強(qiáng)度條件的作用:屈服階段BC :屈服極限強(qiáng)度校核:強(qiáng)化階段CD :選用許用載荷:2、斜截面上的應(yīng)力選擇截面尺寸:N總應(yīng)力：P yeos工_2:.f-.cos - eos .-；/- i.：-=p：-n :-=2in2:-3、拉壓變形及胡克定律絕對(duì)伸長(zhǎng)量：上與EA :桿的拉伸剛度縱向線應(yīng)變:橫向線應(yīng)變: b -b泊松比（橫向變形系數(shù)）：局部變形階段DE :"頸縮"

41、現(xiàn)象2）鑄鐵拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能<b強(qiáng)度極限，壓縮的強(qiáng)度極限 應(yīng)是拉伸時(shí)的3倍。3）截面的收縮率和伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率:'0>100% ；&5% :脆性材料;25% :塑性材料;收縮率： "A1 "A0 3100%,Ao4）極限應(yīng)力及許用應(yīng)力脆性材料極B6應(yīng)力：；篇-；許用應(yīng)力：，n -安全系數(shù)5.3圓軸扭轉(zhuǎn)1）圓軸扭轉(zhuǎn)基本知識(shí)5.2剪切1、剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切強(qiáng)度條件：.1<：!<±0.5 -0,7 ；二|：塑性材料-0,8。0 - -1：脆性材料2、擠壓強(qiáng)度計(jì)算外力偶：m 9549 r N|_m |扭矩正負(fù)號(hào)規(guī)定：以右手螺旋法則表

42、示扭矩矢量方向，若該矢量方向與截面外向法線方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)。rip陟切應(yīng)力互等定律：FT，同時(shí)指向或背離兩截面交線剪切胡克定律：.=G隼剪切變形切變彈性模量：G圓截面扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： ;幸：1GS 4,5 25 ! 塑性材料G =0.9 .J,5 截面極慣性矩Ip抗扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)Wt圓和圓環(huán)的極慣性矩和抗扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)圓pEWpq圓環(huán)Ip為名）Wp43)圓軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件:2）慣性矩（二次矩）及慣性積2）圓軸的扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件慣性矩:x y dA z2AixAy = x dA z2AiyA慣性半徑：*三EIy = A圓軸的扭轉(zhuǎn)變形單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角:極慣性矩： p -二dA Jx " y

43、A圓軸的扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)角:慣性積：xy =xydAA-GIp -抗扭轉(zhuǎn)剛度圓軸扭轉(zhuǎn)剛度條件：口*署c'djad |5.4截面的幾何性質(zhì)1）靜距與形心常用截面慣性矩及抗彎截面系數(shù)Sy - xdA 靜矩'HSx = ydA A x T xo 1 AaJy Ty。*b2xy Txoy。出ab截面形心位置計(jì)算公式:5.5彎曲內(nèi)力1）分布荷載集度、剪力、彎矩之間的微分關(guān)系:_2dFs xdM xd2M x-dx-t-d?_-x xxM載荷q剪力F彎矩M零平斜平斜拋脆性材料許用拉應(yīng)力區(qū)1、于許用壓應(yīng)力儲(chǔ)I，則按拉伸與 壓縮分別進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。強(qiáng)度校核：cmax=Mmx4，l1）彎曲正應(yīng)力M等截

44、面直梁，切應(yīng)力強(qiáng)度條件:5.6彎曲應(yīng)力M設(shè)計(jì)界面尺寸：Wz -一月確定許用載荷：Mmax CtWz3）切應(yīng)力強(qiáng)度條件中性層曲率與彎矩關(guān)系:日z :彎曲剛度彎曲正壓力公式:My切應(yīng)力分布沿截面高度呈拋物線分布。彎曲切應(yīng)力公式:FsSZ彎曲強(qiáng)度條件:Mymax抗彎截面系數(shù)：wV max2）正應(yīng)力強(qiáng)度條件塑性材料抗拉壓能力相同，彎曲正壓力強(qiáng)度條件為:矩形梁：丘告儂T圓形梁一黑£%圓環(huán)梁：max =23 4 E.工字梁：max點(diǎn)引bo1 04）粱的合理截面彳®Wz/A越大越好，截面積分布離中性軸較遠(yuǎn);迎axmE c max c3）主應(yīng)力和最大切應(yīng)力平面應(yīng)力狀態(tài)的三個(gè)主應(yīng)力5）降低彎

45、曲強(qiáng)度的措施：_ M max .':.max =W降低M max :合理安排支座、合理分布載荷;_ _Cx；：y-1一 22 -2 .1' x i'-> | 甲增大Wz :合理設(shè)計(jì)截面、合理放置截面。（1）第一強(qiáng)度理論（最大拉應(yīng)力理論）（勻質(zhì)脆性材料）5.7應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論1）任意斜截面上的應(yīng)力切應(yīng)力：-="x 丁 sin 2，.一x cos 2正應(yīng)力以拉應(yīng)力為正，切應(yīng)力以使單元體順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)為正，方位角 呼x軸為始邊、逆時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎?）平面應(yīng)力分析應(yīng)力圓法；二 m主方向：tg2I- - 2 xyq! q' q"按代數(shù)值大小排列分

46、別表示J Ck 6，C，2 .：最大剪切力：；;二贏4贏2）切應(yīng)力個(gè)拿 WdFvj+w3）四個(gè)常用的強(qiáng)度理論：材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下關(guān)于強(qiáng)度失效原因的理論（2）第二強(qiáng)度理論（最大拉應(yīng)變理論）（3）第三強(qiáng)度理論（最大切應(yīng)力理論）（一般不用）（塑性材料屈服現(xiàn)象）工max =4 WZ W 支 jFn M Z My ,-cmax -A -WZ W i2）彎-扭組合；：1 萬(wàn) ,b' -L.I（4）第四強(qiáng)度理論（形狀改變能密度理論）2 |：'V. - y2->>2 - y2 , ；3 丁2一球?qū)Γ?）相當(dāng)應(yīng)力；予一：J r-4 - m "max ”3 maxG4 _

47、2 卜7-；2 2 . ；2 -3- ）如行N=M WT Wp（6）適用范圍塑性材料用三、四理論，理論四比理論三經(jīng)濟(jì)，塑性材料三向拉應(yīng)力時(shí)發(fā)生脆斷采用第一理論；脆性材料受二向或三向拉應(yīng)力時(shí)采用第一理論，鑄鐵受三 向壓縮，有流動(dòng)現(xiàn)象，用第三、四理論。5.9壓桿穩(wěn)定1）臨界載荷歐拉公式：Fcr =1EI cr. 2（7）強(qiáng)度理論用于二向應(yīng)力狀態(tài)（仃=0）（='22 h42y：2- 0）：3-吾 T C廣 4y：r.3 毛一"3- = ；丁 " xyp. 4 = 2 "1 - 2 -y-eryG-Grpa'31;支承情況較-較固-較固-自由固-固固-固橫可移r10.720.51Pcr逼 I2起J.EL迪 I2吟打司2）臨界應(yīng)力慣性半徑：i,Xr _ EI _ E _/E5.8組合變形1）拉壓-彎組合柔度：學(xué)3）臨界應(yīng)力總圖短粗桿：® R,仃FFpuWu ） 中長(zhǎng)桿后二打也力忿）細(xì)長(zhǎng)桿： G；寶 4）壓桿穩(wěn)定校核 nw =ns