核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)第5部分穩(wěn)態(tài)工況下流體力學(xué)分析

第0章熱工水力基礎(chǔ)壓水堆操縱員基礎(chǔ)理論培訓(xùn)——《核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)》授課人：核能熱能電能機(jī)械能核電廠(chǎng)的任務(wù)主要內(nèi)容要點(diǎn)第一部分熱力學(xué)1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)2水蒸氣特性3熱力循環(huán)和過(guò)程第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)2伯努力方程3層流、湍流(紊流)第三部分傳熱學(xué)1導(dǎo)熱2對(duì)流換熱3輻射換熱4傳熱過(guò)程能量轉(zhuǎn)換的原理和規(guī)律——熱量傳遞的規(guī)律——流體在各種設(shè)備中流動(dòng)的規(guī)律——熱力學(xué)傳熱學(xué)流體力學(xué)熱工水力基礎(chǔ)第一部分熱力學(xué)1)2)3)1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)2水蒸氣特性3熱力循環(huán)和過(guò)程1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)研究熱能與機(jī)械能及其他形式能之間的轉(zhuǎn)換工作過(guò)程中所遵循的基本規(guī)律以及與轉(zhuǎn)換有關(guān)的物質(zhì)的熱物理性質(zhì)?；靖拍顭崃ο到y(tǒng)：人為分割出來(lái)作為熱力學(xué)分析對(duì)象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。外界：系統(tǒng)（熱力系統(tǒng)）外的所有物質(zhì)。邊界（界面）：系統(tǒng)和外界之間的分界面。工質(zhì)：實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)稱(chēng)為工質(zhì)。熱源（高溫?zé)嵩矗喊压べ|(zhì)從中吸收熱能的物系稱(chēng)為熱源。冷源（低溫?zé)嵩矗喊呀邮展べ|(zhì)排出熱能的物系叫做冷源。熱能動(dòng)力裝置工作過(guò)程：工質(zhì)自高溫?zé)嵩次鼰?，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而做功，把余下部分傳給低溫?zé)嵩?。完成這一過(guò)程的整套設(shè)備（包括輔助設(shè)備），統(tǒng)稱(chēng)為熱能動(dòng)力裝置。1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本概念開(kāi)口系(控制體積)：系統(tǒng)與外界不僅有能量交換而且有物質(zhì)交換。閉口系(控制質(zhì)量)：系統(tǒng)與外界只有能量交換而沒(méi)有物質(zhì)交換。絕熱系：系統(tǒng)與外界間沒(méi)有熱量交換。孤立系：系統(tǒng)與外界既無(wú)能量交換又無(wú)物質(zhì)交換。熱力學(xué)狀態(tài)：工質(zhì)在熱力變化過(guò)程中的某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀(guān)物理狀況，稱(chēng)為工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀(guān)物理量。平衡狀態(tài)：無(wú)外界影響時(shí)系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而改變的狀態(tài)。1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特征（1）狀態(tài)參數(shù)是宏觀(guān)量，是大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)，只有平衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)具有多個(gè)狀態(tài)參數(shù)，p，V，T，U，H，S等。（2）單值函數(shù)：物理上與過(guò)程無(wú)關(guān)，數(shù)學(xué)上是全微分。（3）強(qiáng)度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無(wú)關(guān)的參數(shù)，如壓力p、溫度T。（4）廣延量：與系統(tǒng)質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)，可加性，如：體積V、內(nèi)能U、焓H、熵S。（5）比參數(shù)：比體積、比內(nèi)能、比焓、比熵。1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特征1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

物理中壓強(qiáng)，單位面積上所受作用力的法向分量，單位:Pa,N/m2常用單位：

1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104Pa1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

壓力的測(cè)量：一般是工質(zhì)絕對(duì)壓力與環(huán)境壓力的相對(duì)值：相對(duì)壓力，注意：只有絕對(duì)壓力p才是狀態(tài)參數(shù)！1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力當(dāng)p>pb表壓力pe當(dāng)p<pb真空度pv壓力測(cè)量方法高精度測(cè)量：活塞式壓力計(jì)等工業(yè)或一般科研測(cè)量：水銀計(jì)、壓力傳感器等1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

環(huán)境壓力與大氣壓力環(huán)境壓力：指壓力表所處環(huán)境下的壓力，注意：環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。大氣壓力：大氣對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，大氣壓隨時(shí)間、地點(diǎn)變化，物理大氣壓1atm=760mmHg。當(dāng)h變化不大，ρ常數(shù)1mmHg=ρgh=133.322Pa當(dāng)h變化大，ρρ(h)1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺(jué)，導(dǎo)熱，熱容量微觀(guān)：衡量分子平均動(dòng)能的量度，T0.5mw21)同T,0.5mw2不同，如：碳固體和碳蒸氣；2)0.5mw2總0,T0,1951年核磁共振法對(duì)氟化鋰晶體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)負(fù)的開(kāi)爾文溫度；3)T=00.5mw

2=0分子一切運(yùn)動(dòng)停止，零點(diǎn)能。1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）熱力學(xué)第零定律(R.W.Fowler):如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個(gè)系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。熱力學(xué)第零定律是溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)。溫度計(jì)。熱力學(xué)相關(guān)定律（復(fù)習(xí)）熱力學(xué)第零定律

1931年

溫度T熱力學(xué)第一定律18401850年能量E熱力學(xué)第二定律18541855年

熵S熱力學(xué)第三定律1906年

熵S基準(zhǔn)1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）溫度的熱力學(xué)定義:處于同一熱平衡狀態(tài)的各個(gè)熱力系，必定有某一宏觀(guān)特征彼此相同，用于描述此宏觀(guān)特征的物理量即——溫度。溫度是確定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）溫度的測(cè)量溫度計(jì)物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準(zhǔn)點(diǎn)刻度溫標(biāo)常用溫標(biāo)溫標(biāo)的換算溫度測(cè)量方法日常：水銀溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，水溫度計(jì)工業(yè)：熱電偶，熱敏電阻計(jì)量：鉑電阻溫度計(jì)1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（3）比容v比容也稱(chēng)比體積，描述物質(zhì)聚集程度的參數(shù)，數(shù)值上是密度的倒數(shù)。1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)比內(nèi)能(u)、比焓(h)、比熵(s)（1）比內(nèi)能u儲(chǔ)存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量稱(chēng)為內(nèi)能(U)，單位：J；內(nèi)能與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子微觀(guān)運(yùn)動(dòng)和粒子的空間位置有關(guān)，包括：分子的移動(dòng)動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能、分子間的位能和分子內(nèi)部的能量(原子振動(dòng)動(dòng)能和位能)；單位質(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能稱(chēng)為比內(nèi)能(u)，單位：J/kg，比內(nèi)能決定于工質(zhì)的溫度和比體積，即：u=f(t,v)1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)比內(nèi)能(u)、比焓(h)、比熵(s)（1）比焓h比焓是比內(nèi)能(u)和推進(jìn)功(pv)的總和，單位：J/kg；比焓是研究流動(dòng)工質(zhì)能量輸送的一個(gè)重要熱力參數(shù)；h=u+pv1熱力學(xué)的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)比內(nèi)能(u)、比焓(h)、比熵(s)（1）比熵s熵(S)用來(lái)表示可逆過(guò)程傳熱標(biāo)志，用過(guò)程傳遞的熱力除以工質(zhì)的溫度表示，單位：J/K；比熵(s)表示單位質(zhì)量工質(zhì)的熵，單位：J/(kg.K)；dS=dQ/T2水蒸氣特性水是壓水堆中一回路的冷卻劑和慢化劑、二回路的動(dòng)力循環(huán)工質(zhì)；水的物性包括：熱力學(xué)性質(zhì)和輸運(yùn)性質(zhì)；熱力學(xué)性質(zhì)包括：溫度、壓力、比體積、比熱容、比焓、比熵；輸運(yùn)性質(zhì)包括：熱導(dǎo)率、動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力等。汽化：由液態(tài)到氣態(tài)的過(guò)程蒸發(fā)：在液體表面進(jìn)行的汽化過(guò)程液化：由氣相到液相的過(guò)程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進(jìn)行的強(qiáng)烈汽化過(guò)程2水蒸氣特性飽和狀態(tài)的溫度—飽和溫度，ts(Ts)飽和狀態(tài)的壓力—飽和壓力，ps加熱，使溫度升高如t'，保持定值，系統(tǒng)建立新的動(dòng)態(tài)平衡。與之對(duì)應(yīng)，p變成ps'。一一對(duì)應(yīng)，只有一個(gè)獨(dú)立變量。當(dāng)汽化速度=液化速度時(shí)，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡，宏觀(guān)上氣、液兩相保持一定的相對(duì)數(shù)量—飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)的概念2水蒸氣特性★

幾個(gè)名詞飽和液—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts；干飽和蒸汽—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts；未飽和液

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts；過(guò)熱蒸汽

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d過(guò)熱度；濕飽和蒸汽—飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts;干度—濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。濕度y=1–x2水蒸氣特性水定壓加熱汽化過(guò)程預(yù)熱汽化過(guò)熱t(yī)<tst=tst=tst=tst>ts2水蒸氣特性水定壓加熱汽化過(guò)程的p-v圖及T-s圖動(dòng)力工程中水蒸氣不宜利用理想氣體性質(zhì)計(jì)算。水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)通過(guò)實(shí)際氣體狀態(tài)方程及其它一般關(guān)系式計(jì)算（通常由計(jì)算機(jī)計(jì)算）或查圖表確定。水定壓加熱汽化過(guò)程的p-v圖及T-s圖規(guī)定：三相點(diǎn)液態(tài)水熱力學(xué)能及熵為零可近似為零未飽和水（t，p）：查圖表或由專(zhuān)用程序計(jì)算飽和水和飽和水蒸氣(ps和ts)：查圖表或由專(zhuān)用程序計(jì)算過(guò)熱蒸汽（p，t）：查圖表或由專(zhuān)用程序計(jì)算濕飽和蒸汽：由ts（或ps）與x共同確定零點(diǎn)規(guī)定00.01515253570100110150200250300350373.990.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.475711.553663.973518.5830816.52122.0640.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.001051560.001090460.001156410.001251450.001403690.001740080.003106206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.21060.392860.127320.0501120.0216690.0088120.003106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.33632.28852.341085.31344.01670.32085.92500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262746.352792.472800.662748.712563.392085.872500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.92114.11940.11715.41404.7893.00.0-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41861.84202.33072.79263.25333.77734.40929.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23866.83816.43126.07165.70425.21044.4092飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）(一)依溫度排列水蒸汽表(二)依壓力排列0.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.51.02.03.05.010.022.0646.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.867179.916212.417233.893263.980311.037373.990.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.00109250.00112720.00117670.00121660.00128620.00145220.003106129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.374860.194380.0995880.0666620.0394390.0180260.00310629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.35762.84908.641008.21154.21407.22085.92513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592777.672798.662803.192793.642724.462085.872484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.22014.81890.01794.91639.51317.20.00.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86102.13882.44712.64542.92013.35914.40928.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82146.58596.33956.18545.97245.61394.4092飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）水蒸汽表未飽和水和過(guò)熱蒸汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數(shù)ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217.1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466水蒸汽表水蒸氣的焓—熵（h-s）圖定干度線(xiàn)，定壓線(xiàn)，定溫線(xiàn)，定容線(xiàn)焓熵圖水和水蒸氣熱力性質(zhì)程序熱力性質(zhì)程序水蒸氣的基本過(guò)程計(jì)算過(guò)程中狀態(tài)參數(shù)確定—圖表或?qū)Ｓ贸绦蛴?jì)算。功、熱量的計(jì)算式基本過(guò)程計(jì)算oTsC..0123qlγqsup.（1）定壓過(guò)程（2）定熵過(guò)程水蒸氣的基本過(guò)程計(jì)算基本過(guò)程計(jì)算蒸汽動(dòng)力裝置基本特點(diǎn)蒸汽產(chǎn)生裝置汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器過(guò)熱器1、熱源，冷源2、工質(zhì)（水、蒸汽）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)3熱力循環(huán)和過(guò)程abcdbcda熱效率：循環(huán)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：收益代價(jià)動(dòng)力循環(huán)：封閉的輸出功的熱力過(guò)程。3熱力循環(huán)和過(guò)程卡諾循環(huán)和卡諾定理是兩個(gè)熱源的可逆循環(huán)絕熱壓縮等溫吸熱熱膨脹等溫放熱122334453熱力循環(huán)和過(guò)程卡諾循環(huán)熱效率討論：2）3）第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成。4）卡諾循環(huán)指明了一切熱機(jī)提高熱效率的方向。1）3熱力循環(huán)和過(guò)程卡諾定理定理1：在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類(lèi)無(wú)關(guān)，與采用哪種工質(zhì)也無(wú)關(guān)。定理2：在同為溫度T1的熱源和同為溫度T2的冷源間工作的一切不可逆循環(huán)，熱效率必小于可逆循環(huán)熱效率。理論意義：1）提高熱機(jī)效率的途徑：可逆、提高T1，降低T2；2）提高熱機(jī)效率的極限。3熱力循環(huán)和過(guò)程水蒸氣朗肯循環(huán)

p-v及T-s圖

流程圖3熱力循環(huán)和過(guò)程★朗肯循環(huán)的熱效率

★提高朗肯循環(huán)熱效率的措施a）提高新蒸汽溫度；b）提高新蒸汽壓力；c）降低乏汽壓力。3熱力循環(huán)和過(guò)程壓水堆核電廠(chǎng)二回路循環(huán)熱效率2-3乏汽在冷凝器中冷凝，也為定壓過(guò)程4-3絕熱壓縮，給水泵消耗的功忽略水泵功

3熱力循環(huán)和過(guò)程4-1水在蒸汽發(fā)生器中的預(yù)熱、汽化過(guò)程近似認(rèn)為定壓過(guò)程1-2過(guò)程絕熱影響循環(huán)熱效率的因素1）循環(huán)新蒸汽壓力和溫度循環(huán)平均放熱溫度T

m2

相等,但1p2p341p平均吸熱溫度比循環(huán)12341平均吸熱溫度高，因此初壓較高的循環(huán)1p2p341p熱效率較高?！鴨渭兲岣叱鯄毫Γm可提高熱效率，但同時(shí)也造成汽輪機(jī)出口蒸汽干度下降，干度過(guò)低將危及汽輪機(jī)安全運(yùn)行?！鴫核延枚芈凡捎蔑柡驼羝?，飽和蒸汽的溫度和壓力一一對(duì)應(yīng)，提高二回路蒸汽溫度的效果和提高壓力效果一樣。3熱力循環(huán)和過(guò)程▲提高二回路蒸汽溫度（或壓力）需提高一回路冷卻劑的溫度，提高一回路冷卻劑壓力是提高核電廠(chǎng)循環(huán)熱效率的有效途徑。但這受水的熱物理性質(zhì)制約?！髞啚澈穗姀S(chǎng)反應(yīng)堆出口冷卻劑平均溫度為329.8℃，一回路壓力為15.5MPa（飽和溫度344.7℃）。若提高到20MPa，其飽和溫度365.7℃，兩者相比，雖然冷卻劑飽和溫度提高21℃，可以使二回路蒸汽的初溫有一定的提高，而帶來(lái)循環(huán)熱效率的些微提高，但一回路壓力卻因此而提高了4.5MPa，這將提高系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備的承壓要求及材料和加工制造的難度，最終影響到電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性所以，目前壓水堆核電廠(chǎng)一回路系統(tǒng)的工作壓力大多在15MPa。影響循環(huán)熱效率的因素3熱力循環(huán)和過(guò)程2）乏汽壓力維持蒸汽初參數(shù)p1、T1不變，降低乏汽壓力p2，熱效率提高。乏汽壓力p2選擇取決于冷凝器內(nèi)冷卻流體的溫度，冷卻流體是自然界中的水（或空氣），降低p2受制于環(huán)境溫度。3）提高核電廠(chǎng)循環(huán)熱效率的其他方法采用抽汽回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)等；采用新堆型等。影響循環(huán)熱效率的因素3熱力循環(huán)和過(guò)程壓水堆電廠(chǎng)的汽水分離再熱和回?zé)嵫h(huán)簡(jiǎn)化流程

3熱力循環(huán)和過(guò)程第二部分流體力學(xué)1)2)3)1流體的物理性質(zhì)2伯努力方程3層流、湍流(紊流)1流體的物理性質(zhì)流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)

連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成。流體質(zhì)點(diǎn)：含有大量分子而體積足夠小的流體團(tuán)，能給出流體穩(wěn)定平均值的最小體積單位。物理上小體積數(shù)學(xué)上：幾何點(diǎn)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的涵義：空間任意點(diǎn)上的物理量就是指位于該點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)的物理量，而且是連續(xù)可微函數(shù)。流體密度：第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)

流動(dòng)性：密度、比容、重度、比重；粘性：理想流體和粘性流體；壓縮性：可壓縮流體和不可壓縮流體。第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：流動(dòng)性

密度(density)：

()比容(specificvolume)：重度（specificweight）：（）比重（specificgravity）：第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：粘性

1.牛頓內(nèi)摩擦定律——Newton’s實(shí)驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)粘俯現(xiàn)象（內(nèi)摩擦力）；發(fā)現(xiàn)內(nèi)摩擦（剪應(yīng)）力和變形速率呈線(xiàn)性ybFAU——內(nèi)摩擦力。產(chǎn)生原因：分子引力；分子動(dòng)量交換?！?jiǎng)恿φ承韵禂?shù)（Pa.s）。值越大，流體越粘，抵抗變形運(yùn)動(dòng)的能力越強(qiáng)。——運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（m^2/s）。（常溫常壓下）第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：粘性

2.理想流體與粘性流體

理想流體：的流體（無(wú)粘性流體）

粘性流體：的流體（真實(shí)流體）3.牛頓流體和非牛頓流體

牛頓流體:

的流體。剪應(yīng)力和變形速率滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系。

非牛頓流體：的流體。剪切應(yīng)力和變形速率不滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系。

m<1m=1m>1牛頓流體和非牛頓流體O第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：壓縮性

不可壓縮流體：

液體和低速流動(dòng)的氣體（v<70m/s）可作為不可壓縮流體處理。但水中爆炸、擊水或研究水聲的傳播等問(wèn)題中，必須考慮液體的壓縮性。壓縮性：流體的密度或容積隨壓力或溫度變化的性質(zhì)。流體都是可壓縮的。

(bulkmodulus)第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：壓縮性

聲速（speedofsound）:(isentropic)完全氣體(PerfectorIdealGas):

(theequationofstate)正壓流體:

（isothermalprocess)(isentropicprocess)第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)流體的界面現(xiàn)象和性質(zhì)：

1.互不摻混流體界面——表面張力2.流體與固壁界面——表面張力

毛細(xì)現(xiàn)象：氣、液、固三種界面之間的浸潤(rùn)作用。3.流-固界面上速度的連續(xù)性

粘性流體：界面上流體速度和固體運(yùn)動(dòng)速度相等。理想流體：界面上允許流體切向滑移，但不能穿透，即界面上流-固速度的法向投影相等。第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

重力場(chǎng)中：?jiǎn)挝毁|(zhì)量質(zhì)量力：質(zhì)量力的合力：1.質(zhì)量力（體積力）：透過(guò)物質(zhì)傳遞的力。分離體內(nèi)任取一微元體積，其質(zhì)量SV第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

SV2.表面力：外界通過(guò)接觸傳遞的力，用應(yīng)力來(lái)表示。表面力的合力:第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

SV3.理想（靜止）流體中一點(diǎn)處的應(yīng)力(Pascal’slaw)

理想（靜止）流體中沒(méi)有切應(yīng)力，只承受壓力，不能承受拉力表面力只有法向壓應(yīng)力p第二部分流體力學(xué)1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

3.理想（靜止）流體中一點(diǎn)處的應(yīng)力(Pascal’slaw)可以證明：理想流體中一點(diǎn)的應(yīng)力D

帕斯卡定律：壓力是唯一的表面力，指向作用面的內(nèi)法線(xiàn)方向；壓力只是位置和時(shí)間的函數(shù)，與作用面的方位無(wú)關(guān)。

第二部分流體力學(xué)2伯努力方程1.描述流體的運(yùn)動(dòng)速度、重力和壓力三者之間關(guān)系的方程。2.伯努力方程的推導(dǎo)一維、定常、無(wú)粘微分形式的流體動(dòng)量方程：

壓力項(xiàng)重力項(xiàng)動(dòng)量變化項(xiàng)沿流線(xiàn)積分伯努利方程沿流線(xiàn)、定常、無(wú)粘、不可壓第二部分流體力學(xué)NotesonBernoulli’sEquation：Condition:ideal,steady,pressible,gravityfield,alongastreamline.PhysicalInterpretation:（alongastreamline）Thevelocityterm:velocityhead(kineticenergyperunitweight)Thepressureterm:pressurehead(pressureenergyperunitweight)Theelevationtermz:elevationhead(potentialenergyperunitweight)第二部分流體力學(xué)2伯努力方程3.伯努力方程的物理意義Bernoulli(1700~1782)重力產(chǎn)生的壓力速度轉(zhuǎn)化的壓力力的角度第二部分流體力學(xué)2伯努力方程3.伯努力方程的物理意義能量的角度單位體積的動(dòng)能單位體積的重力勢(shì)能單位體積的壓力勢(shì)能伯努利方程是機(jī)械能守恒方程第二部分流體力學(xué)2伯努力方程4.伯努力方程的討論（1）重力場(chǎng)中不可壓縮流動(dòng)的Bernoulliequation（單位質(zhì)量流體）（單位重量流體）（單位體積流體）第二部分流體力學(xué)2伯努力方程4.伯努力方程的討論（2）重力場(chǎng)中可壓縮粘性流體的Bernoulliequation——單位重量流體從1到2點(diǎn)損失的機(jī)械能。

第二部分流體力學(xué)2伯努力方程4.伯努力方程的討論泵的功率：（3）有流體機(jī)械時(shí)的Bernoulliequation——單位重量流體能量輸入（出），揚(yáng)程。

TurbinePump第二部分流體力學(xué)2伯努力方程5.伯努力方程的應(yīng)用（1）范丘里流量計(jì)（2）水流抽氣器、噴霧器第二部分流體力學(xué)第二部分流體力學(xué)3層流和湍流(紊流)

英國(guó)物理學(xué)家雷諾根據(jù)試驗(yàn)總結(jié)出：管內(nèi)的液體流動(dòng)存在兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流。層流：液體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)，互不干擾作定向而不混雜地有層次的流動(dòng)。紊流：求當(dāng)液體的流速大于某一數(shù)值之后，液體除交錯(cuò)而又混亂地沿某一方向運(yùn)動(dòng)外，還有一個(gè)橫向的脈動(dòng)速度，紊流也稱(chēng)湍流。

層流和紊流的判定標(biāo)準(zhǔn)是雷諾數(shù)。第二部分流體力學(xué)3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)

雷諾數(shù)(Re)：液體慣性力與粘性力之比，是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)。

水力直徑（DH）的計(jì)算：圓形截面管：

非圓形截面管：3層流和湍流(紊流)濕周濕周3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)第二部分流體力學(xué)3層流和湍流(紊流)

雷諾判據(jù)及臨界雷諾數(shù)（Rer）：當(dāng)雷諾數(shù)Re<Rer時(shí)，液體層流運(yùn)動(dòng)當(dāng)雷諾數(shù)Re>Rer時(shí)，液體紊流運(yùn)動(dòng)光滑金屬管中：

Re<2000～2300

時(shí)，液體層流運(yùn)動(dòng)

Re>2000～2300

時(shí)，液體紊流運(yùn)動(dòng)圓管層流的沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)成反比。達(dá)西公式★

管內(nèi)流動(dòng)沿程阻力損失1）層流2）紊流3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

管內(nèi)流動(dòng)沿程阻力損失2）紊流3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學(xué)1)沿程阻力2)局部阻力A)由進(jìn)口接管至進(jìn)口水室，通道截面突然擴(kuò)大的局部阻力；B)在進(jìn)口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力；

C)由進(jìn)口水室至傳熱管束，通道截面突然縮小的局部阻力；D)在U型管彎頭內(nèi)轉(zhuǎn)彎180的局部阻力；E)由傳熱管束至出口水室，通道截面突然擴(kuò)大的局部阻力；F)在出口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力；G)由出口水室至出口接管，通道截面突然縮小的局部阻力?！?/p>

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)流動(dòng)阻力損失第二部分流體力學(xué)第三部分傳熱學(xué)1)2)3)4)1導(dǎo)熱2對(duì)流換熱3輻射換熱4傳熱過(guò)程第三部分傳熱學(xué)熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱輻射熱量傳遞的基本方式第三部分傳熱學(xué)1)2)3)4)1導(dǎo)熱2對(duì)流換熱3輻射換熱4傳熱過(guò)程1熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）

物體溫度不同的各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀(guān)粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象。注意：a必須有溫差；

b物體直接接觸；

c可以在固體、液體、氣體中發(fā)生。★定義：第三部分傳熱學(xué)★導(dǎo)熱的基本定律——Fourier定律導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）[W/(mK)]表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力大小，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。影響因素：物質(zhì)種類(lèi)、材料成分、溫度、濕度、壓力、密度等★導(dǎo)熱系數(shù)第三部分傳熱學(xué)一些材料在280K時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)

材料名稱(chēng)銀銅軟鋼不銹鋼木料石棉水空氣415.0380.045.019.00.170.170.600.0261）

電的良導(dǎo)體也是熱的良導(dǎo)體；2）

純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大于其合金；3）

蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)<<同溫度液態(tài)水<<金屬；4）

空氣是良好的絕熱體。第三部分傳熱學(xué)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1)單層平壁2)n層平壁3)單層圓筒壁4)

n層圓筒壁第三部分傳熱學(xué)★

對(duì)流換熱定義:流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):W/(m2K)?！飳?duì)流換熱的牛頓冷卻公式對(duì)流換熱的核心是如何確定h及增強(qiáng)或削弱換熱★研究對(duì)流換熱的方法：

（1）分析法;（2）實(shí)驗(yàn)法;（3）比擬法;（4）數(shù)值法熱流量W熱流密度W/m22對(duì)流換熱第三部分傳熱學(xué)★流動(dòng)邊界層和熱邊界層

粘性流體流過(guò)物體表面時(shí)，會(huì)形成速度梯度很大的流動(dòng)邊界層；當(dāng)壁面與流體間有溫差時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生溫度梯度很大的溫度邊界層（或稱(chēng)熱邊界層）。★

邊界層在壁面上形成和發(fā)展過(guò)程由層流邊界層過(guò)渡到湍流邊界層，但湍流邊界層緊靠壁面處，粘滯力占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，粘附于壁的一極薄層仍然保持層流特征，具有最大的速度梯度——層流底層。2對(duì)流換熱第三部分傳熱學(xué)2)流動(dòng)狀態(tài)層流：整個(gè)流場(chǎng)呈一簇互相平行的流線(xiàn)湍流：流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)★

對(duì)流換熱的影響因素1)流動(dòng)起因自然對(duì)流：因流體各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流：由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）作用所產(chǎn)生

3)流體有無(wú)相變單相換熱：相變換熱：凝結(jié)、沸騰、升華、凝固等2對(duì)流換熱第三部分傳熱學(xué)4)換熱表面的幾何因素和物理性質(zhì)：內(nèi)部流動(dòng)：管內(nèi)或槽內(nèi)外部流動(dòng)：外掠平板、圓管、管束2對(duì)流換熱★對(duì)流換熱的影響因素第三部分傳熱學(xué)橫管與豎管對(duì)流換熱系數(shù)之比：l/d=50，凝結(jié)換熱:2對(duì)流換熱4)換熱表面的幾何因素和物理性質(zhì)：★對(duì)流換熱的影響因素第三部分傳熱學(xué)進(jìn)口效應(yīng):彎管效應(yīng):非圓截面等2對(duì)流換熱4)