重科大熱工基礎(chǔ)教案

重慶科技學(xué)院教案用紙PAGE第PAGE１８頁熱工基礎(chǔ)電子教案熱工基礎(chǔ)課程組編

第1章動量傳輸?shù)?次課課題：緒論=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解冶金爐及其熱工理論知識。=2\*GB1⒉了解課程的性質(zhì)、基本要求、主要內(nèi)容、特點、教材與教參、成績評定。=3\*GB1⒊了解本教材所采用的單位制及坐標(biāo)系。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：國際單位制與工程單位制間的換算。難點：課程的總體介紹，能否激發(fā)學(xué)生的興趣。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：如何解釋教材名稱、冶金爐、熱工、基礎(chǔ)的含義？=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《加熱爐》蔡喬方主編冶金工業(yè)出版社=2\*GB1⒉《冶金爐熱工與構(gòu)造》陳鴻復(fù)主編冶金工業(yè)出版社教材《冶金爐熱工基礎(chǔ)》蔣光羲編重慶大學(xué)出版社0緒論§0.1冶金爐及其分類冶金爐：冶金生產(chǎn)中各種冶煉和加熱設(shè)備的統(tǒng)稱。分類：熔煉爐和加熱爐兩大類。=1\*GB1⒈熔煉爐：完成物料的加熱和熔煉。特點：發(fā)生物態(tài)變化固液態(tài)物理化學(xué)變化原料與產(chǎn)品的性質(zhì)、化學(xué)成分截然不同冶金企業(yè)的熔煉爐有：=1\*GB3①煉鐵高爐：鐵礦石、焦碳、熔劑鐵水=2\*GB3②煉鋼轉(zhuǎn)爐、電弧爐：鐵水、廢鋼(合金化)鋼水鑄造化鐵爐：固液態(tài)=2\*GB1⒉加熱爐：完成物料的加熱。 特點：不發(fā)生物態(tài)變化，只改變其機械性能或物理化學(xué)性能。冶金企業(yè)的加熱爐有：=1\*GB3①均熱爐：鋼錠開坯前加熱。=2\*GB3②軋鋼加熱爐：熱軋前鋼坯加熱。=3\*GB3③室狀爐、臺車式加熱爐等：鍛造前加熱。加熱目的：提高可塑性，減少壓力加工時的變形抗力。=4\*GB3④熱處理(淬火、回火、退火、滲碳等)爐加熱目的：改變其結(jié)晶組織，獲得所需的物理機械性能?！?.2冶金爐熱工理論(冶金熱能工程專業(yè))構(gòu)成爐子熱工理論的幾個方面：=1\*GB1⒈熱過程的熱力學(xué) 熱力學(xué)第一定律熱平衡 熱力學(xué)第二定律火用平衡 《工程熱力學(xué)》=2\*GB1⒉燃料燃燒析熱或電-熱能轉(zhuǎn)換的規(guī)律 《燃燒學(xué)》 《熱能轉(zhuǎn)換與利用》=3\*GB1⒊熱氣體流動規(guī)律 《工程流體力學(xué)》=4\*GB1⒋爐內(nèi)及物料內(nèi)的復(fù)雜傳熱、傳質(zhì)過程的規(guī)律 《傳熱學(xué)》 《傳輸原理》=5\*GB1⒌爐子構(gòu)筑理論：筑爐材料及構(gòu)件在高溫下的損壞原因及其使用性能等。 《耐火材料》 《煉鐵設(shè)備》《煉鋼設(shè)備》以上這些基本規(guī)律運用到具體爐子中并和該爐子工藝相結(jié)合就構(gòu)成了該爐子的熱工理論。=1\*DBNUM3一、課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課，是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的橋梁?；A(chǔ)課：高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)。=2\*DBNUM3二、課程內(nèi)容第一部分：傳輸原理(動量、熱量、質(zhì)量傳輸) (1~3章)傳輸是指流體的(輸送、轉(zhuǎn)移、傳遞)的統(tǒng)稱。的傳遞與輸送(規(guī)律、解析法一樣)傳輸原理(理論)冶煉過程：化學(xué)、物理過程。 《冶金反應(yīng)工程學(xué)》傳輸過程冶煉過程的物理過程(動力學(xué))，不涉及化學(xué)反應(yīng)《冶金物理化學(xué)》(熱力學(xué)) 動量、熱量、質(zhì)量傳遞的過程。 《現(xiàn)代冶金原理》舉例：高爐煉鐵的氣固兩相流動。高爐強化冶煉，目的就是改善傳輸條件。轉(zhuǎn)爐煉鋼的氣液兩相流動。轉(zhuǎn)爐底吹，目的也是改善傳輸條件?？傊?，傳輸理論已成為現(xiàn)代冶金爐熱工理論的基礎(chǔ)。第二部分：熱工計算 (4~7章)注意：本課程所論及的只是一些基本計算方法，各類爐子的熱工計算及設(shè)計在課程設(shè)計及有關(guān)專業(yè)課中解決。第三部分：耐火材料(種類、性能、選擇)作為專業(yè)任選課獨立設(shè)課。習(xí)題與思考題：加深對所學(xué)熱工理論的理解和應(yīng)用。集中實驗：培養(yǎng)學(xué)生動手能力。課程設(shè)計：培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用熱工知識的能力，為畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。 熱風(fēng)爐設(shè)計（煉鐵）借助于計算機 QB VB CAD氧槍設(shè)計（煉鋼）借助于計算機 QB VB CAD=3\*DBNUM3三、課程特點難學(xué)：物理概念多；數(shù)學(xué)推導(dǎo)、計算復(fù)雜；(物理概念為主，數(shù)學(xué)為輔)重點掌握基本概念、基本計算方法。講授方法：重點—講授+作業(yè)，輔以習(xí)題課；難點—講授+思考題，輔以討論課。學(xué)習(xí)方法：上課認真聽講，課后認真復(fù)習(xí)，認真完成作業(yè)，不懂的即時解決，“勤學(xué)苦煉”=4\*DBNUM3四、參考書目《冶金爐熱工基礎(chǔ)》劉人達主編冶金工業(yè)出版社《冶金爐熱工與構(gòu)造》陳鴻復(fù)主編冶金工業(yè)出版社《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社期刊：《冶金能源》、《工業(yè)爐》、《工業(yè)加熱》、《耐火材料》=5\*DBNUM3五、教學(xué)目的使學(xué)生掌握冶金熱工理論的基本概念、基本定律及基本計算方法，理解強化冶金生產(chǎn)過程和改進生產(chǎn)工藝的理論基礎(chǔ)，同時使學(xué)生具備初步分析和解決冶金生產(chǎn)工藝過程的熱工實際問題的能力，并能進行簡單爐子的設(shè)計，能夠根據(jù)工藝要求選擇主要設(shè)備的筑爐材料?！?.3單位及單位制換算時注意：=1\*GB1⒈質(zhì)量1kgf=9.81N=2\*GB1⒉能量1kCal/h=(4.187/3600103)J/s=1.163W§0.4坐標(biāo)及坐標(biāo)系

第2次課課題：流體及其主要性質(zhì)=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解傳輸?shù)姆诸?；流體的基本特性；氣體狀態(tài)方程。=2\*GB1⒉掌握流體的主要特性、狀態(tài)方程的應(yīng)用。=3\*GB1⒊了解流體的粘性及粘性力；理解粘性動量傳輸及粘性動量通量。=4\*GB1⒋掌握牛頓粘性定律及應(yīng)用；粘性系數(shù)的單位、物理意義、影響因素。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：氣體狀態(tài)方程、牛頓粘性定律。難點：應(yīng)用、概念的理解和掌握。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：=1\*GB3①不同狀態(tài)方程中R的含義及單位；=2\*GB3②牛頓粘性定律符號的取法？P1121.8.11.與17.(選作題)18=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-1-1圖1-1-2第一部分：傳輸原理(1~3章)動量、熱量、質(zhì)量傳輸同時存在，動量傳輸是最基本的傳輸過程，例如：煉鐵高爐內(nèi)氣-固兩相流動、煉鋼轉(zhuǎn)爐內(nèi)氣液兩相流動對冶煉過程有很大的影響。傳輸按其產(chǎn)生和存在的條件可分為：第1章動量傳輸實質(zhì)：流體流動過程中力、能平衡問題；相互平衡相互轉(zhuǎn)換?！?.1流體的主要性質(zhì)流體：自然界中能夠流動的物質(zhì)，如液體和氣體?；咎匦裕毫鲃有?剪切力作用下連續(xù)變形) 壓縮性(膨脹性) 粘性(阻滯流動的性質(zhì)) 連續(xù)性1.1.1流體的壓縮性及膨脹性=1\*GB1⒈流體的密度、重度及比容密度：(均質(zhì))，(非均質(zhì))，kg/m3重度：，N/m3比容：，m3/kg工程單位制中1kgf=國際單位制中1kg 國際單位制中=工程單位制中應(yīng)用：密度與重度之間的換算。[例1-1-1]P5=2\*GB1⒉液體的壓縮性及膨脹性液體分子距離較近，壓縮時，排斥力增大，難以壓縮；T，略有膨脹，膨脹系數(shù)<1/1000。 V受T、P的影響不大，不可壓縮流體。=3\*GB1⒊氣體的壓縮性及膨脹性氣體分子間距較大，吸引力較小，V受T、P的影響較大。對于理想氣體而言，的關(guān)系可用狀態(tài)方程表示，即=1\*GB2⑴密度kg/m3式中P絕對壓力，Pa；R氣體常數(shù)；熱力學(xué)溫度，K。=2\*GB2⑵，等溫壓縮，=3\*GB2⑶，恒壓膨脹式中VttC下的比容；V0標(biāo)態(tài)比容；氣體膨脹系數(shù)。kg/m3N/m3G千克氣體體積m3流量 m3/s熱氣體流動情況下流速 m/s=4\*GB2⑷氣體在絕熱狀態(tài)下壓縮時氣體1.1.2流體的粘性=1\*GB1⒈流體的粘性及粘性力粘性：阻滯流動的性質(zhì)。產(chǎn)生原因：流體分子間的內(nèi)聚引力和分子的熱運動。粘性力的建立過程：圖1-1-2P7流體流層間產(chǎn)生切應(yīng)力的現(xiàn)象流體的粘性；切應(yīng)力粘性力=2\*GB1⒉牛頓粘性定律表述：流體的粘性力F與速度W0成正比，與兩平板間距離H成反比，與接觸面積A成正比。 任意兩流層 N單位面積上的粘性力(切應(yīng)力)N/m2式中x流向；y速度變化方向；速度梯度，速度增大方向為正。(單位距離上的速度變化量)式中正負號的出現(xiàn)是為了保證yx為正。圖1-1-1取正：動量傳遞方向與y相同 圖1-1-2取負：動量傳遞方向與y相反柱坐標(biāo)系下的F表達式？N=3\*GB1⒊粘性系數(shù)動力粘性系數(shù)，動力粘度。=1\*GB2⑴單位：=2\*GB2⑵物理意義：時，單位面積下的粘性力，流體阻滯流動的能力，，阻滯作用。運動粘度m2/s=3\*GB2⑶影響因素=1\*GB3①流體種類=2\*GB3②溫度液體：分子間內(nèi)聚力為主。溫度，間隙，內(nèi)聚力，。氣體：分子熱運動。溫度，熱運動加劇，。單一氣體 Pas式中00C時的粘度；T絕對溫度，K；C實驗常數(shù)，查表?；旌蠚怏w煙氣(CO2、H2O、N2、O2)式中aii組分的體積百分數(shù)；分子量；ii組分粘度。=4\*GB1⒋粘性動量傳輸及動量通量從粘性力的建立過程來看，由于流體粘性作用流體流層間出現(xiàn)速度差。由于分子熱運動、分子內(nèi)聚力流體流層間產(chǎn)生動量交換流層間產(chǎn)生切應(yīng)力(粘性力)。動量交換過程是由流體的粘性構(gòu)成的粘性動量傳輸(物性傳輸)。動量通量：單位時間通過單位面積所傳遞的動量，相當(dāng)于單位面積上的作用力。粘性動量通量：單位時間通過單位面積所傳遞的粘性動量，亦即單位面積上的粘性力(切應(yīng)力)。Pa式中yxx高速流層向低速流層的傳遞；低速向高速為正；動量梯度(單位距離上的動量變化量)。運動粘度：=1\*GB2⑴單位：=2\*GB2⑵物理意義：單位面積上的粘性力，阻滯流動的能力。=3\*GB2⑶影響因素：=1\*GB3①流體種類=2\*GB3②溫度粘性動量與粘性力的不同之處？傳遞方向 高速流層向低速流層(y)；流體流向(x)快速流層與流向相反；慢速流層，相同。=5\*GB1⒌牛頓流體及非牛頓流體牛頓流體：符合牛頓粘性定律的流體；例如：所有氣體、水及甘油等。非牛頓流體：不符合牛頓粘性定律的流體；例如：水煤漿、石灰等。=6\*GB1⒍理想流體(=0及粘性流體(0) 理想氣體？忽略分子間的引力補充例題：[例1]混合氣體的計算。天然氣燃燒的煙氣成分為：CO2=8.8%,H2O=17.4%,N2=72.1%,O2=1.7%；煙氣的密度=1.24kg/m3。試計算煙氣在819℃時的粘度。解：（1）按（1-1-18b）式計算各組分在819℃時的動力粘度：(查附表4P312)按（1-1-19）式計算煙氣的粘度：(M值由附表4查得)煙氣的運動粘度為：[例2]牛頓粘性定律的應(yīng)用。設(shè)汽缸內(nèi)壁直徑D=20㎝，活塞外徑d=19.96㎝，活塞長度L=25㎝，活塞的運動速度為W=1.2m/s，潤滑油的動力粘度μ=0.12kg/m.s，試計算活塞的作用力。解：汽缸壁上油層的速度為零，活塞表面油的速度為1.2m/s，因間隙很小，設(shè)線性分布，則用（1-1-16b）式計算：單位面積上的粘性力（活塞傳給油的動量通量）活塞的總作用力：接觸面積總作用力：反之，已知F→τ→μ

第3次課課題：流體及其主要性質(zhì)流體運動的基本特性=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈理解流體上的作用力、能量、動量之間的關(guān)系。=2\*GB1⒉了解流體流動的分類。=3\*GB1⒊掌握層流、紊流、雷諾準(zhǔn)數(shù)的表達式及物理意義=4\*GB1⒋了解紊流特征。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：流體流動的兩種狀態(tài)。難點：層流、紊流的理解。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11216=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-2-1圖1-2-21.1.流體上的作用力、能量、動量作用力：表面力(作用在流體表面上，且與表面積成比例的力)和體積力(作用在流體內(nèi)部質(zhì)點上，與流體質(zhì)量成比例的力)能量作用力動量由以上分析可知：=1\*GB2⑴mw/A=作用力/A=能量/V=2\*GB2⑵作用力、能量、動量是同類物理量的不同表現(xiàn)形式。相互平衡、傳遞及轉(zhuǎn)換，流體的動量傳輸也就是力、能的平衡與轉(zhuǎn)換的過程?！?.2流體運動的基本特征流體的運動特性，主要是指流體在流動條件下，其所具有的相關(guān)物理量在空間和時間上的變化特性—流場特征。1.2.1流體流動的分類1.2.2流體流動的兩種狀態(tài)=1\*GB1⒈流動狀態(tài)層流：所有流體質(zhì)點只作沿同一方向的直線運動，無橫向運動。如國慶大閱兵。紊流：流體質(zhì)點作復(fù)雜的無規(guī)則運動(湍流)。如自由市場。從層流到紊流之間，一般稱為過渡狀態(tài)。實驗觀察：圖1-2-1P11有利于紊流的形成。在實驗的基礎(chǔ)上，雷諾提出了確定兩種狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變的條件，雷諾準(zhǔn)數(shù)Re臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)為Rec：流體流動從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的雷諾準(zhǔn)數(shù)Re。層流紊流Rec上=13800；紊流層流Rec下=2300。一般取Rec=2300。=2\*GB1⒉管流速度分布層流：拋物線分布。紊流：速度分布與Re有關(guān)。圖1-2-2P13=3\*GB1⒊紊流特征脈動 紊流流動時僅考慮時均速度、、。補充例題：流動狀態(tài)的判斷。設(shè)水及空氣分別在內(nèi)徑d=80㎜的管中流過，兩者的平均流速相同，均為W=0.3m/s，已知水及空氣的動力粘度各為μ水=0.0015kg/m.s，μ空氣=17×10-6kg/m.s又知水及空氣的密度各為ρ水=1000kg/m3ρ空氣=1.293kg/m3，試判斷兩種流體的流動狀態(tài)。解：按（1-2-1）式計算得：水的數(shù)：紊流空氣的數(shù)層流{Re<Rec層流Re>Rec紊流}

第4次課課題：流體運動的基本特性=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解連續(xù)介質(zhì)、質(zhì)點、微團、控制體的概念。=2\*GB1⒉了解流場的分類，掌握歐拉法、拉格朗日法、流線概念。=3\*GB1⒊了解流體流量的表示方法。=4\*GB1⒋掌握梯度、散度、旋度的定義、定義式、物理意義。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：流場的研究方法。難點：梯度、散度、旋度的理解。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11212.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-2-41.2.3連續(xù)介質(zhì)、質(zhì)點、微團、控制體=1\*GB1⒈連續(xù)介質(zhì)及質(zhì)點連續(xù)介質(zhì)：將流體視為整體，內(nèi)部不存在空隙的介質(zhì)，由流體密度的定義加以說明。圖1-2-4P14流體看成是由質(zhì)點在空間連續(xù)排列而無空隙。質(zhì)點：定義流體密度的最小體積單元，均性特征。=2\*GB1⒉流體微團及控制體流體微團(元體、微元體)：由質(zhì)點組成、比質(zhì)點稍大的流體單元，均性特征。微團：建立微分方程，微分解法?？刂企w：流場中某一確定的空間區(qū)域由微團組成，非均性特征控制體建立積分方程，積分解法或近似積分解法。1.2.4流體運動的研究方法=1\*GB1⒈流場的定義=2\*GB1⒉流場的研究方法=1\*GB2⑴歐拉法同一瞬間全部流體質(zhì)點的運動參量來描述，時間推進。式中u速度W、壓力P、密度等。=2\*GB2⑵拉格朗日法某個流體質(zhì)點的運動參量隨時間的變化規(guī)律為式中a，b，c，某個質(zhì)點的空間坐標(biāo)位置，質(zhì)點疊加，拉格朗日變數(shù)，x，y，,z是a，b，c，的函數(shù)。=3\*GB1⒊流場的分類=1\*GB2⑴物理量是否隨時間變化穩(wěn)定流場：，，無質(zhì)量(動量)蓄積不穩(wěn)定流場：，，有質(zhì)量(動量)蓄積=2\*GB2⑵物理量的性質(zhì)：=3\*GB2⑶空間：一維 二維 三維流場=4\*GB1⒋流線及跡線跡線：流體質(zhì)點在空間運動的軌跡。拉格朗日法分析流場。流線：同一瞬間各流體質(zhì)點運動方向的總和(速度向量所構(gòu)成的直線)。歐拉法分析流場性質(zhì)：穩(wěn)定流動：重合=5\*GB1⒌觀察流體運動的方法流動顯示技術(shù)1.2.5流體的流量及流速體積流量V 質(zhì)量流量M 重量流量G m3/s kg/s N/s 微元面流量 斷面流量平均流速，m/s。1.2.6梯度、散度、旋度=1\*GB1⒈梯度定義：表示各物理量隨空間位置變化的程度，場中某一物理量在空間上取值最大的方向?qū)?shù)(單位距離上的變化量，即最大變化率)。定義式：式中f(u)速度、溫度、濃度梯度是矢量，增值方向為正。=2\*GB1⒉散度定義：散度是表示流體體積膨脹或收縮速率，即單位體積流體的體積流量。定義式： ，通量說明：=1\*GB2⑴散度是標(biāo)量 =2\*GB2⑵各方向分速度在該方向上的變率之和=3\*GB2⑶，，連續(xù)性方程=4\*GB2⑷判斷流場是否連續(xù)（存在）的依據(jù)。=3\*GB1⒊旋度定義：表示流體旋轉(zhuǎn)強度的一個運動參量，即單位面積上的環(huán)量(渦量)。定義式： ，環(huán)量(角速度) 說明：=1\*GB2⑴旋度是矢量。=2\*GB2⑵判斷流動是否有旋的依據(jù)。二維[例1-2-1]P23

第5次課課題：流體運動的基本特性=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解流函數(shù)及其物理意義。=2\*GB1⒉掌握、的存在條件以及與質(zhì)點速度的關(guān)系。=3\*GB1⒊掌握、的換算。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：、的存在條件以及與質(zhì)點速度的關(guān)系。難點：、的換算。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11213.14=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-2-19圖1-2-221.2.7流函數(shù)=1\*GB1⒈流線微分方程定義：流線的函數(shù)表達式，即流函數(shù)。圖1-2-19P24流線微分方程流管：由無數(shù)根流線所構(gòu)成的，截面為一封閉曲線的空間，有效截面或過流截面。特性：=1\*GB2⑴沒有流體通過流管的表面流入或流出。=2\*GB2⑵質(zhì)量流量不變(M不變)。=2\*GB1⒉流函數(shù)已知流線微分方程式為 即積分 流函數(shù)根據(jù)全微分的定義： 流函數(shù)存在的條件：流場是否連續(xù) 連續(xù)函數(shù)、混合導(dǎo)數(shù)與次序無關(guān)。圖1-2-22P25流函數(shù)的物理意義：任何一條流線與零值流線之間流體的流量就等于該流線的流函數(shù)。[例1-2-2]P25流函數(shù)-渦量法？1.2.8勢函數(shù)=1\*GB1⒈勢流定義：沒有旋轉(zhuǎn)的流動， 特征：=2\*GB1⒉勢函數(shù)等勢線(等速線)：速度相等的點連成的線。勢函數(shù)：等勢線的函數(shù)表達式 全微分： 勢函數(shù)存在的條件： 連續(xù)函數(shù)： =3\*GB1⒊勢函數(shù)與流函數(shù)的正交性滿足正交條件流線及等勢線構(gòu)成的正交網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)正交性原則：已知，求(判斷存在否？)已知，求(判斷存在否？)[例題1-2-4]P27

第6次課課題：動量傳輸?shù)幕径?1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握粘性動量傳輸、粘性動量通量及其表達式。=2\*GB1⒉掌握對流動量傳輸、對流動量通量及其表達式。=3\*GB1⒊掌握不同情況下連續(xù)性方程的表達式及應(yīng)用。=4\*GB1⒋掌握N-S方程的物理意義。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：連續(xù)性方程的表達式及應(yīng)用。難點：N-S方程的建立。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11322.25.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-3-1圖1-3-4圖1-3-6§1.3動量傳輸?shù)幕径蓜恿總鬏數(shù)幕径墒茄芯苛黧w在動量傳輸過程中最根本的規(guī)律。牛頓粘性定律連續(xù)性方程質(zhì)量平衡方程N-S方程粘性流體動量平衡方程歐拉方程理想流體動量平衡方程伯努力方程理想流體、穩(wěn)定流體、流體的能量平衡方程靜力平衡方程靜止流體的能量平衡方程通量1.3.1流體質(zhì)量平衡方程式連續(xù)性方程質(zhì)量傳輸過程：物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)移過程，它是動量傳輸?shù)幕A(chǔ)，質(zhì)量傳輸就是質(zhì)量平衡。質(zhì)量平衡或物質(zhì)平衡(質(zhì)量守恒)的含義：流體流過一定空間時，流體的總質(zhì)量不變，兩種情況：=1\*GB2⑴穩(wěn)定流動：[物質(zhì)的流入量]=[物質(zhì)的流出量](A)=2\*GB2⑵不穩(wěn)定流動：[物質(zhì)的流入量][物質(zhì)的流出量]=[物質(zhì)的蓄積量](B)建立質(zhì)量平衡方程的方法：元體平衡法。在流場中取一平行六面體dxdydz，如圖1-3-1P28所示。單位時間內(nèi)流過A面、B面的流體質(zhì)量：x方向：流入量與流出量之差為(1)同理y方向：流入量與流出量之差為(2)z方向：流入量與流出量之差為(3)總的流入量與流出量之差為(1)+(2)+(3)單位單間內(nèi)元體質(zhì)量的蓄積：質(zhì)量在單位時間內(nèi)的變化，即按質(zhì)量平衡(B)得：——可壓縮流體、不穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程。穩(wěn)定流動：即——可壓縮流體、穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程：則——不可壓縮流體的連續(xù)性方程，流體作為連續(xù)介質(zhì)是否連續(xù)分布的條件。管流：由無數(shù)流管組成，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則——穩(wěn)定流動、可壓縮流體的一維管流連續(xù)性方程。則——穩(wěn)定流動、不可壓縮流體的一維管流連續(xù)性方程。結(jié)論：穩(wěn)定流動的管流流體流過任一截面的體積流量()或質(zhì)量流量不變()，也就是質(zhì)量守恒定律在流體流動過程的具體體現(xiàn)。應(yīng)用：[例題1-3-1]P30M、V與w、A的換算。粘性流體動量平衡方程式納維-斯托克斯方程（Navier-Stokes

equations）描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程。1821年由.納維和1845年由.斯托克斯分別導(dǎo)出。簡稱N-S方程。=1\*GB1⒈動量平衡的定義流體在流動過程中遵守能量守恒定律，稱為能量平衡。根據(jù)牛頓第二定律： 作用力的合力=單位時間內(nèi)動量的變化量對于穩(wěn)定流動系統(tǒng)：[動量傳入量][動量傳出量]+[系統(tǒng)作用力的總和]=0(A)對于不穩(wěn)定流動系統(tǒng)：[動量傳入量][動量傳出量]+[系統(tǒng)作用力的總和]=[動量蓄積量](B)動量收支差量=2\*GB1⒉動量傳遞方式=3\*GB1⒊作用力的形式=4\*GB1⒋動量平衡方程的推導(dǎo)在流場中取一微元體，對所取的微元體建立動量平衡，即得N-S方程。圖1-3-4P28=1\*GB2⑴對流動動量收支差量在直角坐標(biāo)系中由于有三個方向的分速度，所以共有九個動量通量。以wx為準(zhǔn)：動量通量 動量通量收支差量為x方向的速度、x方向的動量通量對流動量收支差量為同理，以wx為準(zhǔn)，y方向、z方向的對流動量收支差量： 以wx為準(zhǔn)，元體對流動量收支差量為同理，以wy、wz為準(zhǔn)，元體對流動量收支差量為wxwy、wz=2\*GB2⑵粘性動量收支差量粘性動量通量同樣由九個分量組成。以wx為準(zhǔn)，C、D面上的粘性動量通量為粘性動量通量收支差量 粘性動量收支差量 同理，wx在y、x方向的粘性動量收支差量分別為以wx為準(zhǔn)，元體粘性動量收支差量為同理，以wy、wz為準(zhǔn)的粘性動量收支差量為xy、z牛頓流體：=3\*GB2⑶作用力的總和圖1-3-6P35x方向：PAx方向合壓力為x方向的總壓力為同理，y、z方向的總壓力為xy、z重力=4\*GB2⑷動量蓄積量單位時間內(nèi)元體動量的變化量：x方向 y方向wxwy z方向wxwz=5\*GB1⒌動量平衡方程式將以上式子代入(B)式，整理得：(1-3-10)N-S方程P32簡化：=1\*GB2⑴，牛頓粘性定律=2\*GB2⑵，連續(xù)性方程(1-3-11a)P32=6\*GB1⒍動量平衡方程的討論=1\*GB2⑴物理意義式中單位時間、單位體積流體的動量變化量，；……對流動量；……粘性動量；單位體積流體上的壓力，N/m3；重力。方程的物理意義：運動的流體能量守恒的表現(xiàn)。全微分 式中慣性力；粘性力；壓力；重力；其單位均為N/m3。由此可見，流體在運動中以作用力及動量形式表現(xiàn)能量平衡關(guān)系是統(tǒng)一的。=2\*GB2⑵適用條件粘性流體、不穩(wěn)定流動、不可壓縮體(元體范圍內(nèi))、層流流動。

第7次課課題：動量傳輸?shù)幕径?1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解歐拉方程的適用條件，伯努利方程微分式的物理意義。=2\*GB1⒉掌握伯努利方程積分式的形式，適用條件，物理意義。=3\*GB1⒊掌握管流伯努利方程式的應(yīng)用。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：管流伯努利方程式的應(yīng)用。難點：管流伯努利方程式的應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11327.28.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-3-7圖1-3-81.3.3理想流體動量平衡方程式歐拉方程（Eularequations）理想流體：沒有粘性的流體，。實際流體都具有粘性，提出理想流體的意義何在？簡化：①時，N-S方程簡化為歐拉方程(1-3-12a)P36②穩(wěn)定流動，(1-3-12b)③單位質(zhì)量流體(1-3-12c)歐拉方程適用條件：理想流體、穩(wěn)定流動、不可壓縮流體(元體范圍內(nèi))。1.3.4歐拉方程的簡化伯努利方程（Bernoulliequations）=1\*GB1⒈伯努利方程式的微分式在流場中，流體質(zhì)點于流線方向上具有一維流動的特征，對于理想流體，在穩(wěn)定流動的條件下，沿流線方向作一維流動的動量平衡方程式可由歐拉方程簡化處理。處理過程中用到兩個概念。=1\*GB3①全微分根據(jù)全微分的定義，在穩(wěn)定流動下，有：同時，則=2\*GB3②則 理想流體、穩(wěn)定流動、沿流線方向的歐拉方程式，稱為伯努利方程式的微分式。=2\*GB1⒉伯努利方程式=1\*GB2⑴方程式的導(dǎo)出由伯努利方程的積分式來確定運動過程中的動量平衡關(guān)系：圖1-3-7P38或=2\*GB2⑵方程式的討論適用條件：理想流體、穩(wěn)定流動，不可壓縮流體、沿流線方向。物理意義：=1\*GB3①單位：機械能守恒定律的體現(xiàn)。 =2\*GB3② =3\*GB3③各個能量之間可以相互轉(zhuǎn)換，對理想流體而言，其總和不變，粘性流體在流動過程中存在能量損失—靜壓能的降低。=3\*GB1⒊伯努利方程式在管流中的應(yīng)用圖1-3-8P39一般管流的伯努利方程為限制條件：理想流體、穩(wěn)定流動、不可壓縮流體、沿流線方向。對于實際流體：式中能量損失式中Pa.。伯努利方程應(yīng)用于管流時的幾點說明：=1\*GB2⑴管道平直、流動為緩變流(流線趨于直線且平行)。反之，為急變流。=2\*GB2⑵關(guān)于動能的計算式中動能修正系數(shù)，。實際管流的伯努力方程應(yīng)為=3\*GB2⑶應(yīng)用管流伯努力方程應(yīng)注意：=1\*GB3①適用條件：理想流體、穩(wěn)定流動、不可壓縮流體、沿流線方向、緩變流。=2\*GB3②工程上大多數(shù)都是紊流，1.0。=3\*GB3③P1、P2可以是絕對壓力，也可以是表壓力。絕對壓力與表壓力的關(guān)系？=4\*GB3④w1、w2、—實際狀況下。實際狀況下的流速、密度公式？=5\*GB3⑤z1、z2取決于基準(zhǔn)面。伯努利方程式在工程上的應(yīng)用極為廣泛：流量測量、噴嘴設(shè)計、煙囪設(shè)計等。共性？應(yīng)用時：方程聯(lián)解。

第8次課課題：動量傳輸?shù)幕径桑?xí)題課）本課的基本要求鞏固管流伯努利方程式及應(yīng)用1．[例題1-3-2]P42流體在流動過程中能量的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。提示：管流伯努利方程式簡化：1）水平管道；不可壓縮流體，d不變，？（不可逆過程）2）理想流體；水平管道；d1＜d2w1＞w2＜0?3）理想流體；z1＜z2；d1＜d2w1＞w2＜0＞0＞＜=0？?能量轉(zhuǎn)換關(guān)系？動能靜壓能能量損失位能是否氣流只能從靜壓高處流向靜壓低處？2．[例題1-3-3~1-3-5]流量測量。提示：文丘利管畢托管孔板測流量原理簡化：；1）文丘利管m3/s已知，測出，即可測流量V。2）畢托管？m/sV=？如何測定？3）孔板m3/s由于不易測定，令m3/sm3/s—流量系數(shù)，取決于孔板結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)孔板。3．習(xí)題1.9.29P113解：環(huán)縫D處為水的噴口PD=1.0132×105PaA-D列伯努利方程：PA=0..8892×105PaA-B列伯努利方程：PB=0.9873×105PawC=3.906m/sC-D列伯努利方程：PC=0..9560×105PaPA=0.8892×105PaPB=0.9873×105PaPC=0.9560×105PaPD=1.0132×105Pa

第9次課課題：動量傳輸?shù)幕径蓜恿總鬏斨械淖枇?1\*DBNUM3一、本課的基本要求1．掌握靜止流體的壓力分布方程及應(yīng)用。2．掌握等壓面特性及應(yīng)用。3．了解動量附面層概念。4．了解阻力的概念及計算通式。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：等壓面特性及應(yīng)用。難點：動量附面層的理解。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11436.P11215.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-3-15圖1-3-241.3.5流體靜力平衡方程式=1\*GB1⒈流體靜力平衡方程式的微分式當(dāng)流體靜止時，則wx=0，wy=0，wz=0，且gx=0，gy=0，gz=g。按N-S方程簡化得：微分式說明：靜止流體沿水平方向(x、y方向)上的壓力不變，但壓力沿高度(z方向)則有變化。壓力沿高度方向(z方向)的分布規(guī)律—靜止流體的壓力分布方程。=2\*GB1⒉靜止流體的壓力分布方程將上式分別乘以dx、dy、dz之后相加得：則對不可壓縮流體()：(壓力分布方程)式中P靜壓能；rz位能。說明：靜止流體的能量平衡方程。圖1-3-15P47z=0，基準(zhǔn)面上的壓力。z，位能，靜壓能，靜壓能與位能相互轉(zhuǎn)換。=3\*GB1⒊流體的靜壓力=1\*GB2⑴靜壓力的特性壓力：單位面積上的作用力，方向與作用面垂直并指向作用面；任一點上的壓力在各個方向上是相同的，壓力是標(biāo)量，但總壓是矢量。=2\*GB2⑵靜壓力的表示方法在國際單位制中，壓力的單位為Pa：=3\*GB2⑶等壓面等壓面：靜壓力相等的各點所組成的面。兩互不相容的靜止流體的分界面，等壓面必為一水平面。[例1-3-6][例1-3-7]P501.3.6附面層—邊界層概念=1\*GB1⒈附面層的定義流體流入平板表面，由于流體的粘性作用，靠近表面形成速度梯度，具有速度梯度的流體溥層附面層圖1-3-24P53附面層厚度：令時的流體層厚度，以表示，x，。=2\*GB1⒉分類附面層 由Re準(zhǔn)數(shù)來判斷平板層流附面層的厚度為m=3\*GB1⒊管內(nèi)流動時的附面層匯合前 匯合后：充分發(fā)展了的管流速度分布不變?！?.4流體動量傳輸中的阻力阻力：粘性流體在流動過程中的阻力產(chǎn)生的能量損失叫阻力損失。實質(zhì)上是研究流體要多大的力、作多大的功才能使流體流動。阻力分為四類：=1\*GB3①管流摩阻(摩擦阻力損失)：由流體的粘性引起。=2\*GB3②繞流摩阻：流體流過淹沒物體。=3\*GB3③管流局部阻力：流動方向或流速突然變化引起。=4\*GB3④綜合阻力：不屬于上述情況。例如：高爐煉生產(chǎn)過程中，料層與煤氣相向運動過程中的阻力，噴粉氣動輸送過程中的阻力。無論哪種阻力損失，都是由于流體流動而產(chǎn)生的，速度、阻力。一般情況下，用一個通用公式來表示：或 式中k阻力系數(shù)。因此，計算hL的關(guān)鍵在于求各種情況下的k值，方法有：1)理論推導(dǎo)：一般無法求出。2)經(jīng)驗方法：通過實驗。3)半理論、半經(jīng)驗方法：在假設(shè)的基礎(chǔ)上，通過實驗。重點放在公式的應(yīng)用上。

第10次課課題：動量傳輸中的阻力=1\*DBNUM3一、本課的基本要求1．掌握管流摩阻計算方法及的確定方法2．掌握管流局部阻力損失計算方法。3．掌握管流系統(tǒng)的阻力損失計算及減少阻力損失的途徑。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：管流摩阻、局部阻力損失計算。難點：應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11434.P11539.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-4-21.4.1不可壓縮流體的管流摩阻摩擦阻力損失簡稱為摩阻，以hf表示。層流、紊流=1\*GB1⒈圓管層流摩阻（理論推導(dǎo)從略）摩擦系數(shù)或Pa=2\*GB1⒉圓管內(nèi)紊流摩阻(半理論、半經(jīng)驗方法)=1\*GB2⑴光滑圓管內(nèi)的摩阻式中紊流下圓管的摩擦系數(shù)。尼古拉茲修正式：布拉修斯修正式：=2\*GB2⑵粗糙圓管內(nèi)的摩阻絕對粗糙度；相對粗糙度。尼古拉茲實驗曲線：圖1-4-2P58AB 層流區(qū)：與Re有關(guān)，無關(guān)。BC 層流向紊流過渡的區(qū)域：的變化不明顯，2300<Re<105，一般按光滑區(qū)處理。CD 紊流光滑管流區(qū)：Re有關(guān)，4103<Re<105，布拉修斯修正式。CC 紊流粗糙管過渡區(qū)：Re、有關(guān)。CE 紊流粗糙管區(qū)：有關(guān)，Re無關(guān)，阻力平方區(qū)()。出現(xiàn)的原因？當(dāng)<層流底層hf與Re有關(guān)當(dāng)>層流底層hf與Re、有關(guān)當(dāng)>>層流底層hf與有關(guān)。計算的通用式： 查 莫迪圖(附圖1)在工程計算中常采用經(jīng)驗公式：金屬管道：=0.25磚砌管道：=0.050=3\*GB1⒊非圓形管道的摩阻Pa當(dāng)量直徑或水力學(xué)直徑：A管道的截面積，m2；S管道的周長，m。[例1-4-1]P591.4.2管流局部阻力損失(經(jīng)驗方法)流體的流向和流速變化引起k局部阻力系數(shù)，經(jīng)驗法，查附表6。注意：k與w的對應(yīng)。1.4.3管流系統(tǒng)的阻力損失Pa=1\*GB1⒈減少流體阻力損失=1\*GB2⑴“經(jīng)濟流速”的選擇：綜合考慮=2\*GB2⑵hr盡量減少轉(zhuǎn)彎或截面變化 90圓轉(zhuǎn)彎突然逐漸擴大(收縮)=3\*GB2⑶hf盡量L選用光滑管=2\*GB1⒉計算方法=1\*GB2⑴串聯(lián)管路：特點：各段流量相同，。=2\*GB2⑵并聯(lián)管路：特點：阻損相同，，煙囪。[例1-4-2]P62

第11次課課題：流體的流出=1\*DBNUM3一、本課的基本要求掌握不可壓縮流體自孔口流出的特點。會計算容器內(nèi)定量液體的流空時間。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：不可壓縮流體自孔口流出的特點。難點：不可壓縮流體自薄壁小孔和圓柱形管咀流出時的速度、流量關(guān)系。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11541.42.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-5-1圖1-5-2圖1-5-9§1.5流體的流出目的：確定流速w、流量V及其他相關(guān)參數(shù)。方法：利用伯努利方程。1.5.1不可壓縮流體自小孔的流出液體及不可壓縮氣體(壓力變化較小)=1\*GB1⒈不可壓縮流體自小孔的流出圖1-5-1P65列1-2截面處的伯努利方程式：=1\*GB3①水平流動：=2\*GB3②=3\*GB3③ m/s速度系數(shù)特點： 令流股收縮系數(shù) m3/s流量系數(shù)。L<(3.5~4.0)d0.980.630.62薄壁小孔L>(3.5~4.0)d0.821.00.82圓柱形管咀=2\*GB1⒉液體自孔口的流出圖1-5-2P66列1-2截面的伯努利方程或根據(jù)m/sm3/s1.5.3液體通過容器底部小孔的流出圖1-5-9P75=1\*GB1⒈液面高度不變時的流出速度列1-2截面的伯努利方程：=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④m/s流出系數(shù)=2\*GB1⒉容器內(nèi)定量液體的流空時間液體流過截面為A2的小孔的質(zhì)量為(液面下降dH)：0，H：H00 s[例1-5-1]P67

第12次課課題：流體的流出=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解可壓縮性氣體自孔口流出的流速公式。=2\*GB1⒉掌握可壓縮性氣體的流出特點。=3\*GB1⒊掌握獲得超音速的條件及噴咀的設(shè)計。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：可壓縮氣體的流出特點，噴咀的設(shè)計。難點：流股斷面特征分析。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11544.45.（課外上機）=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-5-5可壓縮性氣體自孔口的流出密度變化高壓氣體流出=1\*GB1⒈音速壓力波、擾動波在一種介質(zhì)中的傳播速度。舉例：講課時聲音的傳播速度，聲波在空氣中的傳播速度。根據(jù)物理學(xué)概念： 氣體絕熱過程：理想氣體狀態(tài)方程： =2\*GB1⒉流速的基本公式：圖1-5-5P68在不計流出過程中阻力損失的情況下，壓縮性氣體的伯努利微分方程式：對水平流動(1)由于流出速度很高，流股來不及與周圍介質(zhì)進行熱交換，可視為絕熱過程，其狀態(tài)方程為(2)(2)代入(1)，積分得：(P：P1P，w：w1w)，，則(3)特點： P w；P1 w =3\*GB1⒊臨界值在穩(wěn)定流動條件下，質(zhì)量流量M為定值，則 (4)； 說明F(P)有極大值，A有極小值，即流股有最小截面臨界截面AkP。其壓力稱為臨界壓力PkP，流速稱為臨界流速wkP等。(5)(6) 臨界速度就是臨界條件下該氣體的音速。壓縮性氣體流出具有如下特點：=1\*GB3①P1，w；P，w P1P0=2\*GB3②有臨界截面存在，PkP0.5P1 =3\*GB3③達到音速的基本條件為：a)P1=2P0b)收縮管=4\*GB1⒋超音速=1\*GB2⑴馬赫數(shù)Mw實際流速wS相同條件下氣體介質(zhì)中的音速，。根據(jù)馬赫數(shù)的概念，可說明壓縮性氣體流出時流股截面的變化特怔和最小截面的存在。分析：M<1，w，A，亞音速的收縮段。M=1，流股臨界點，最小截面。M>1，w，A，超音速的擴張段。拉瓦爾管=2\*GB2⑵獲得超音速的條件=5\*GB1⒌壓縮性氣體流出的計算(設(shè)計、校核)氧槍高爐噴吹燒咀已知：N(kg/s)，M0(出口馬赫數(shù))或w2(m/s)求：噴咀尺寸[例1-5-4]P74

第13次課課題：射流=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握自由射流的定義、形成條件、基本特點。=2\*GB1⒉掌握旋轉(zhuǎn)射流的定義、形成條件、基本特點。=3\*GB1⒊了解旋流強度對旋轉(zhuǎn)射流的影響。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：射流的特征。難點：旋流強度對旋轉(zhuǎn)射流的影響。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11546.47.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-6-1圖1-6-15圖1-6-17圖1-6-18§1.6射流定義：流體由噴咀流出到一個足夠大的空間后，不再受固體邊界限制而繼續(xù)擴散的一種流動。舉例：氣體、液體燃料的燃燒、轉(zhuǎn)爐吹氧、爐外精煉、高爐噴吹等。分類：按機理按流動性質(zhì)主要內(nèi)容：射流的一般特征及經(jīng)驗公式。1.6.1自由射流=1\*GB1⒈定義：流體自噴咀流入無限大的自由空間中稱為自由射流。形成自由射流必須具備兩個條件：=1\*GB2⑴射流流體物理性質(zhì)如溫度、密度等與介質(zhì)相同。=2\*GB2⑵空間介質(zhì)不動，且不受邊界的限制。=2\*GB1⒉基本特點：自由射流可分為幾個主要區(qū)域：圖1-6-1P77=1\*GB2⑴初始段：噴口截面到轉(zhuǎn)折截面之間。特點：射流中心速度等于w0，。=2\*GB2⑵基本段(主段)：轉(zhuǎn)折截面以后的區(qū)域。特點：x，w中，為射流邊界層所占據(jù)。=3\*GB2⑶射流核心區(qū)：具有初始速度的區(qū)域。=4\*GB2⑷射流極點：射流外邊界線逆向延長的交點O(射流源)。=3\*GB1⒊速度分布=1\*GB2⑴截面上速度分布(1)b射流的半寬度。=2\*GB2⑵中心速度分布圓形射流： ，r0噴口半徑。扁形射流： ，b0噴口半高度。=4\*GB1⒋射流截面及流量h0極點至噴口截面的距離。通過(1)式求出觀察截面的平均流速，圓形射流： 扁形射流：再應(yīng)用流量公式求出該截面的流量Vx，對圓形射流為 扁形射流1.6.5旋轉(zhuǎn)射流定義：流體在噴出前就被強制旋轉(zhuǎn)，噴出后脫離了固體壁面的約束，在無限大空間處于靜止的介質(zhì)中繼續(xù)流動。 w(切向速度) wx(軸向速度) wr(徑向速度)=1\*GB1⒈旋轉(zhuǎn)射流的特性=1\*GB2⑴存在一個回流區(qū)：圖1-6-15P85實線wx虛線w在軸心處wx<0，回流區(qū)邊界上wx=0，回流區(qū)邊界與射流邊界(wx=0)之間wx有一最大值wmax，x，wmax，wx分布趨于平坦均勻，回流區(qū)變小直到消失。=2\*GB2⑵速度沿程衰減快圖1-6-17P86wx、w、wr軸心速度wm。當(dāng)以后，w、wr基本上消失，只有wx存在。=3\*GB2⑶射流中心有很強的卷吸力圖1-6-18P86旋轉(zhuǎn)射流沿程壓力的變化射流軸線上的靜壓力低于大氣壓力(負壓)，說明旋轉(zhuǎn)射流中心有很強的卷吸作用，x，靜壓力大氣壓力，卷吸作用。=2\*GB1⒉旋流強度=1\*GB2⑴旋流強度的定義及計算定義：表明旋流設(shè)備所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流特性的幾何特征數(shù)，用S表示。G角動量矩；Gx軸向推力；R噴口半徑。葉片式旋流噴咀的旋流強度r1內(nèi)徑；r2外徑；tg旋轉(zhuǎn)角。=2\*GB2⑵旋流強度對旋轉(zhuǎn)射流的影響=1\*GB3①對速度場的影響S，卷吸量，紊流擴散強，消耗的能量，速度衰減快。改變S改變氣流的速度分布和調(diào)節(jié)焰的長度。S，火焰短，溫度較高；S，火焰長，溫度分布均勻。=2\*GB3②對回流區(qū)的影響S，回流區(qū)尺寸，穩(wěn)定火焰的手段。以S來區(qū)分旋轉(zhuǎn)射流的狀態(tài)，一般認為無旋流？射流射向限制空間—限制射流特點：回流區(qū)、旋渦區(qū)

第14次課課題：兩相動量傳輸簡介=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解氣固兩相流動的三種狀態(tài)=2\*GB1⒉了解孔隙度及料塊比表面積的概念=3\*GB1⒊掌握埃根方程的應(yīng)用=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：埃根方程的應(yīng)用。難點：埃根方程的推導(dǎo)及應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：高爐強化冶煉措施之一；高壓操作的理論依據(jù)。=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：§1.7兩相動量傳輸簡介兩相流動：氣-液兩相，氣-固兩相共同存在時的流動。1.7.2氣-固兩相流動固相：粒狀的固體料塊和由料塊堆集的散料層，氣-固兩相流動可視為氣體通過料塊或散料層的流動。舉例：煉鐵生產(chǎn)過程的下降爐料與上升煤氣的流動，噴粉氣動輸送過程。=1\*GB1⒈氣-固兩相流動的三種狀態(tài)重力：N浮力：N合成下降力N拖力(對氣體而言是阻力)：N=2\*GB1⒉固定料層流動（煉鐵方向）目的：求解散料層阻力損失，即氣體通過散料層產(chǎn)生的壓力降。方法：管束理論。=1\*GB2⑴埃根方程先介紹幾個有關(guān)的定義：=1\*GB3①孔隙的當(dāng)量直徑：(1)Vb孔隙總體積；S孔隙總表面積。=2\*GB3②孔隙度：(2)V0料層總體積；A孔隙的總截面積；A0料層的總截面積；(3)VS料塊的體積。=3\*GB3③料塊的比表面積單位體積料塊所具有的孔隙表面積，以S0表示，則(4)=4\*GB3④截面空速：實際(5)將(2)、(4)代入(1)得：(6)根據(jù)管流摩阻的解析式，P57(1-4-5a)可將作為管束看待的散料層降表達為：(7)k待定阻力系數(shù)。(5)、(6)代入(7)將上式改寫為修正阻力系數(shù)；修正雷諾準(zhǔn)數(shù)。通過實驗確定(8)埃根等人通過大量的實驗工作獲得：將fC及ReC代入(9)式，整理得：(10)均勻球形料塊：，代入上式得埃根方程(11)=2\*GB2⑵埃根方程的修正：根據(jù)散料層的特性(孔隙度、比表面積S0)修正，還要考慮到料層圍壁的影響。=1\*GB3①孔隙度：料塊的形狀顆粒的組成，料塊的排列方式。一般情況是根據(jù)實測數(shù)據(jù)來確定。=2\*GB3②比表面積S0及形狀系數(shù)：均勻球形料塊： 例如：高爐煉鐵的礦石、焦炭、石灰等都不是球形，都有一定的形狀系數(shù)。均勻非球形料塊： DS同體積球體直徑。粒度大小不等的料塊：平均篩分直徑；xi質(zhì)量分率，di兩篩幾的平均直徑。直徑小于(m)5075100125150175360克質(zhì)量(g)060180270330360代入(10)式得：埃根方程的另一形式(12)DS不易確定，Dcp計算結(jié)果近似，較為實際的方法是以(10)式直接計算壓降，而料塊的S0則通過實驗確定。=3\*GB3③圍壁效應(yīng)現(xiàn)象：高爐上料時的自動篩分現(xiàn)象。邊緣：大，氣流多。 中心：小，氣流少。引起氣流分布不均圍壁效應(yīng)。通過實驗得出圍壁效應(yīng)對埃根方程的影響，由實驗結(jié)果可知設(shè)計高爐時，應(yīng)注意避免圍壁效應(yīng)矮胖型。=3\*GB2⑶埃根方程的應(yīng)用高爐生產(chǎn)。例如：計算氣體通過散料層的流量及壓降、料層的透氣性指數(shù)；分析氣體壓力對散料層壓降的影響。=1\*GB3①氣體通過散料層的流量紊流狀態(tài)，則由(10)式得即 料層結(jié)構(gòu)一定 m/s流量 m3/skD料層滲透系數(shù)，由實驗確定。=2\*GB3②散料層的透氣性指數(shù)透氣性指數(shù)說明散層氣體流量與壓降的特征關(guān)系。在紊流條件下，由(12)式得 或 透氣性指數(shù)；。透氣性指數(shù)與有關(guān)。除供料條件外，與操作制度有關(guān)。高爐操作的重要參數(shù)。=3\*GB3③氣體壓力對料層壓降的影響氣體在較高的壓力下流過散料層時，根據(jù)推導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下強化冶煉措施：高壓操作？第14次課課題：兩相動量傳輸簡介（續(xù)）=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈了解氣動輸送過程的實現(xiàn)。=2\*GB1⒉掌握氣動輸送氣源選擇的原則。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：氣動輸送過程的實現(xiàn)及相關(guān)概念。難點：氣動輸送氣源選擇的原則。=3\*DBNUM3三、作業(yè)思考題：氣動輸送氣源供氣壓力、流量如何確定？=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-7-5=3\*GB1⒊氣動輸送過程（煉鋼方向）=1\*GB2⑴氣動輸送過程的實現(xiàn)圖1-7-5P96區(qū)域=1\*ROMANI(0~B段)：固定料層流動0A層流區(qū)： AB紊流區(qū)：區(qū)域=2\*ROMANII(B-C-D段)：料層膨脹段 區(qū)域=2\*ROMANII=1\*ROMANI(D-E段)：流化料層流動略有增加區(qū)域=4\*ROMANIV(E點以后)：氣動輸送過程。流化極限速度，按=1時料塊自由沉降速度計算，對球球形料塊為(G=F)：m/s(1)dS球形料塊直徑，非球形料塊當(dāng)量直徑或平平均篩分直徑；k球體繞流摩阻系數(shù)，決定于Re數(shù)。=2\*GB2⑵氣動輸送的最降低氣流速度w氣流速度；wS料塊速度；wmax料塊自由沉降速度。實際料塊群的氣動輸送，徐G、F外，還有料塊和料塊與器壁間的阻力。 (2)R校正系數(shù)。D輸送管道直徑；S摩擦系數(shù)，經(jīng)驗值。料塊速度 MS料塊質(zhì)量流量。(3)水平管道的氣動輸送中，料塊的浮流動過程較垂直輸送復(fù)雜，此時料塊要在更多作用力的平衡下，才能懸浮于氣流中運動。為保證料塊浮于氣流中并隨之水平流動，氣流速度要較大地超過料塊的極限速度，以保證料塊水平輸送的一定速度，不同輸送情況下的氣流速度經(jīng)驗值可參閱有關(guān)文獻。=3\*GB2⑶氣動輸送過程的壓降損失目的：確定氣動輸送系統(tǒng)的氣源供氣壓力。設(shè)計：風(fēng)量？補充例題：用空氣輸送煤粉的一上升管，管徑D=0.5m；煤粉輸送量為Ms=50kg/s；煤粉顆粒直徑ds=5×10-4m，煤粉密度ρs=1.4×103kg/m3；空氣的密度ρ=1.0kg/m3；料層孔隙度=0.99。計算：煤粉輸送速度w及所需的空氣流速w。解：按（3）式計算Ws：按（2）式計算校正系數(shù)k和氣體流速W：（取=0.005）（取k=0.5）由得：W=18.2+4.28×1.056=22.72m/s

第15次課課題：相似原理及因次分析=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握現(xiàn)象相似的必要條件和充分條件。=2\*GB1⒉相似準(zhǔn)數(shù)的概念。=3\*GB1⒊相似三定理的內(nèi)容。=4\*GB1⒋相似轉(zhuǎn)換法求相似準(zhǔn)數(shù)。Re、Eu、Gr準(zhǔn)數(shù)的表達式及物理意義。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：現(xiàn)象相似的必要條件和充分條件。難點：相似三定理的應(yīng)用。=3\*DBNUM3三、作業(yè)=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-8-1§1.8相似原理及因次分析研究物理過程的兩種基本方法：=1\*GB2⑴分析法：數(shù)學(xué)分析為手段，建立方程，求解方程，獲得物理之間的關(guān)系。比較簡單的過程，復(fù)雜過程，建立方程困難，求解方程困難。例如：N-S方程的求解。=2\*GB2⑵實驗法：實驗測試為手段，整理實測數(shù)據(jù)，獲得物理量之間的關(guān)系。相似政理論-模型實驗法：理論分析，獲得相似準(zhǔn)數(shù)，整理成準(zhǔn)數(shù)方程，通過模型實驗使準(zhǔn)數(shù)方程具體化。舉例：高爐氣-固兩相流動。1.8.1相似的概念=1\*GB1⒈幾何相似圖1-8-1P99相似常數(shù)(相似系數(shù)) 相似定數(shù)對應(yīng)角相等兩三角形相似所具備的上述性質(zhì)相似性質(zhì)。兩三角形相似滿足的條件相似條件。=2\*GB1⒉現(xiàn)象相似的條件=1\*GB2⑴相似的前提條件(必要條件)=1\*GB3①同類物理現(xiàn)象用同一方程描述。例如：流體在管道中流動；流體流過平板。=2\*GB3②幾何條件相似因為所有具體現(xiàn)象都發(fā)生在一定的幾何空間內(nèi)。=3\*GB3③物理條件相似指對應(yīng)的物理量成比例有相似常數(shù)存在。對應(yīng)的物理量：時間、空間、速度，則時間相似常數(shù)幾何相似常數(shù)速度相似常數(shù) (速度方向相同)同理壓力、密度、溫度、濃度等的相似，也有相應(yīng)的相似常數(shù)存在。=4\*GB3④開始條件和邊界條件相似舉例：觀察管內(nèi)流體流動現(xiàn)象。鋼坯加熱 單值條件相似(幾何條件、物理條件、開始條件及邊界條件相似)是現(xiàn)象相似的必要條件。=2\*GB2⑵相似的充分條件現(xiàn)舉例兩質(zhì)點運動的相似來說明，任何質(zhì)點的運動，其瞬時速度均可用下式表示：對質(zhì)點A(1) 對質(zhì)點B(2)由于兩質(zhì)點運動相似，則有 代入(2)得(3)(1)、(2)等價，必然有(4)相似指示數(shù)。相似指示數(shù)為相似的特定組合。如果兩個現(xiàn)象的單值條件相似(有相似常數(shù)存在)，而且相關(guān)的相似常數(shù)的特定組合等于1(相似指示數(shù)等于1)，這兩個物理現(xiàn)象相似。將w、、l相似關(guān)系代入(4)得：H0諧時準(zhǔn)數(shù)(無因次)相似準(zhǔn)數(shù)：相似物理現(xiàn)象中相關(guān)物理量的無因次組合，反映了某一方面的物理本質(zhì)。H0：不穩(wěn)定流動特點。 Re：流體流動狀態(tài)。相似的充分條件：相似準(zhǔn)數(shù)相等。簡單現(xiàn)象：一個；復(fù)雜現(xiàn)象；多個。1.8.2相似定理=1\*GB1⒈相似第一定理相似現(xiàn)象的性質(zhì)彼此相似的現(xiàn)象相似準(zhǔn)數(shù)相等；實驗中應(yīng)測定哪些物理量？=2\*GB1⒉相似第二定理現(xiàn)象相似的條件同類現(xiàn)象、單值條件相似、相似準(zhǔn)數(shù)相等。模型實驗的條件，實驗結(jié)果可應(yīng)用到哪些現(xiàn)象中去？=3\*GB1⒊相似第三定理實驗數(shù)據(jù)的處理物理量的關(guān)系表示為準(zhǔn)方程形式。如何整理實驗所得數(shù)據(jù)？舉例：埃根方程1.8.3相似準(zhǔn)數(shù)的求法=1\*GB1⒈相似轉(zhuǎn)換法步驟：=1\*GB3①寫出描述物理現(xiàn)象的微分方程。=2\*GB3②找出相應(yīng)物理量的相似常數(shù)。=3\*GB3③進行相似轉(zhuǎn)換獲得相似指示數(shù)。=4\*GB3④求得相似準(zhǔn)數(shù)。以粘性流體流動為例，N-S方程：A體系(1)B體系(2)(A)~(B)相似，有相似常數(shù)存在。(3)(3)代入(2)(4)比較(1)、(4)，必有(5)由(a)=(b)得：諧時準(zhǔn)數(shù)，不穩(wěn)定流動由(b)=(c)得：雷諾準(zhǔn)數(shù)慣性力/粘性力 強制流動狀態(tài)(水平管道)由(b)=(d)得：歐拉準(zhǔn)數(shù)壓力/慣性力 強制流動情況下。由(b)=(e)得：弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)重力/慣性力 (垂直流動)?；緶?zhǔn)數(shù)：H0、Eu、Re、Fr派生準(zhǔn)數(shù)：由基本準(zhǔn)數(shù)組合而得。伽利略準(zhǔn)數(shù)：阿基米德準(zhǔn)數(shù)：格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)：自然流動狀態(tài)浮升力/粘性力

第16次課課題：相似原理及因次分析=1\*DBNUM3一、本課的基本要求=1\*GB1⒈掌握因次分析法求相似準(zhǔn)數(shù)。=2\*GB1⒉掌握模型實驗的相似條件。=3\*GB1⒊了解模型與原型的速度比、流量比、阻損比與比例尺寸的關(guān)系。=2\*DBNUM3二、本課的重點、難點：重點：因次分析法求相似準(zhǔn)數(shù)。難點：模型與原型的速度比、流量比、阻損比與比例尺寸的關(guān)系。=3\*DBNUM3三、作業(yè)P11548.P11650.=4\*DBNUM3四、教參及教具=1\*GB1⒈《動量、熱量、質(zhì)量傳輸原理》高家銳主編重慶大學(xué)出版社=2\*GB1⒉膠片：圖1-8-7=2\*GB1⒉因次分析法因次分析法對不容易建立微分方程的過程是一種簡便可行的方法。=1\*GB2⑴因次及因次和諧原理因次或量綱就是物理量(測量)單位的種類。例如：長度單位m、cm、mm、等，用[L]表示，則[L]就是上述各長度單位的次。因次和諧原理：描述物理現(xiàn)象的物理方程的各項因次都有是相同的。舉例：[L]=2\*GB2⑵因次分析法確定相似準(zhǔn)數(shù)例1：自由落體下落距離S與時間成正比，與重力加速度成正比，導(dǎo)出S與t、g的關(guān)系。解：令，k為比例常數(shù) 比較因次根據(jù)因次和諧原理：[L]：a=1 [T]：則 通過實驗測定例2：粘性流體在管內(nèi)流動，已知P和管道直徑d、管長L、流體流速w、流體的密度、粘度、管道粗糙度有關(guān)，試導(dǎo)出相關(guān)的相似準(zhǔn)數(shù)及其一般關(guān)系。解：令(1)寫出因次方程：(2)根據(jù)因次和諧原理：[M]：(3)[L]：(4)[T]：(5)(6)(6)代入(1)指數(shù)相同的合并： 準(zhǔn)數(shù)形式：Eu歐拉準(zhǔn)數(shù)；l/d無因次常數(shù)；Re雷諾準(zhǔn)數(shù)；相對粗糙度。分析：共有七個物理量，三個基本因次，四個相似準(zhǔn)數(shù)。=3\*GB2⑶定理基本準(zhǔn)數(shù)數(shù)目；n物理量數(shù)目；m基本因次數(shù)目。1.8.4相似準(zhǔn)數(shù)方程和相似模型法=1\*GB1⒈相似準(zhǔn)數(shù)方程代替物理量之間的關(guān)系。舉例：粘性流體流動H0、Re、Eu、Fr。流體流動過程中的阻力損失，包含在準(zhǔn)數(shù)中。則Eu被決定性準(zhǔn)數(shù)；Fr決定性準(zhǔn)數(shù)。流體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動，不考慮H0。強制流動，不計Fr，則 表示為通過實驗求C、n得，即在一定實驗條件下，、查手冊；d測定。實驗測量P、w：改變w測得對應(yīng)的P，整理成：Eu、w、Re的對應(yīng)關(guān)系。在雙對數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)得：圖1-8-7P105上述關(guān)系變?yōu)椋?，由直線得出C、n。分段求，在一定的雷諾準(zhǔn)數(shù)范圍內(nèi) 經(jīng)驗式，注意經(jīng)驗公式的適用范圍。=2\*GB1⒉相似模型法相似模型法：在相似的模型中，在相似的條件下，對實際過程進行實驗研究的方法。關(guān)鍵：如何保證模型實驗與所模擬的實際過程相似。=1\*GB2⑴模型實驗的相似條件根據(jù)相似原理，模型實驗流具備的相似條件