材料传输原理复习总结.

`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系内容回顾第二章流体的性质第三章流体动力学第五章边界层理论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第八、九章热量传输的基本概念、导热第十章对流换热第十一章辐射换热第一章绪论第四章层流流动与湍流流体静力学质量传输的基本概念`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系菲克定律dydDjAABA傅立叶导热定律dydTqdyTcdap牛顿粘性定律dydvdyd一、三种传输的基本规律第一章绪论`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系第一章绪论1、数学表达式相似质量热量动量扩散系数通量质量热量动量浓度梯度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“—”二、三种传输现象的类似性`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系第二章流体的性质一、基本概念、知识流体（Fluid）自然界中能流动的物质，统称为流体。连续介质（Continuousmedium)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。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，这种特性称为流体的压缩性，通常用等温压缩率κT来表示。TTpVV1Vm密度：VG重度：mV1质量体积：g`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系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αV系数来表示。pVTVV1第二章流体的性质粘度/粘滞性（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。/dy)(dvτηxyxη运动粘度：`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系根据牛顿粘性定律，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。不具有上述特点的流体则统称为非牛顿流体。牛顿流体非牛顿流体第二章流体的性质`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系流体静力学0yp1Y0zp1Z0xp1X欧拉静平衡方程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。`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系流体静力学基本方程gpzgpz22112211pzpzhpghpp00或流体静力学绝对压强、相对压强的概念与计算`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系条件压强分布特征等压面特点绝对静止匀速直线运动以加速度a直线运动以角速度ω转动同上同上)z(fgzppa),(zxfzxgagppa)(水平面cz)(斜平面cxgaz),,(222zyxfzrggppa旋转抛物面crgz222静止流体的压强分布、等压面流体静力学`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系一、基本概念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。第三章流体动力学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。`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系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。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。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。`材料加工冶金传输原理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二、基本的公式、方程zxyxxxxxxzyuxtdtdazyyyxyyyyzyxtdtdazzyzxzzzzzyxtdtda流体运动的速度、加速度当地加速度迁移加速度`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系二、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无分支、无汇集流动时：υ1A1=υ2A2，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。不可压缩流体：第三章流体动力学0zyxzyx恒定总流能量方程（伯努利方程）w2222221111h2g+p+z2g+p+z121不特别说明取`材料加工冶金传输原理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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；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。`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系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。第三章流体动力学`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系第四章层流流动与湍流运动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。时均化处理紊流。瞬时流速=时均流速+脉动流速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Rec3.紊流特点：无序性、耗能性、扩散性DReRRe水力R水力过流断面积润湿周长D4R当量水力`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系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圆管内层流流速呈旋转抛物面分布圆管层流的水头损失：即水头损失与流速的一次方成正比，沿程阻力系数λ=64/Re。（米流体柱）g2dlRe64h2f如果流量为Q，其沿程损失的功率为2ff64lNQhQRed2g圆管内层流的最大流速是平均流速为的2倍24128lQ(W)d264lQdd2g232Qlgd2232Ql4Qdd`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系6.紊流沿程阻力系数λ的求解25.0Re6811.0d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。首先计算雷诺数判断流动状态（注意流道的形状）。b）湍流区通用的经验公式第四章层流流动与湍流运动22dydldyd5.紊流切应力`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系7.非圆形管内流动问题g2R4lg2dlh22f水力当xAR流体湿周过流断面面积水力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：非圆形截面的特征长度则是水力半径R水力。第四章层流流动与湍流运动`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系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。第四章层流流动与湍流运动`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系e.边界层外可按理想流体对待，边界层内22dydldyd1.边界层的概念与特点a.边界层厚度为一有限值；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；b.边界层内速度梯度较大；第五章边界层理论`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系第五章边界层理论0yxyx边界层厚度xxxxRe10.50.5)0（速度分布为一无穷级数形式（不作为计算时使用）2.流体掠过平板22yyxxxyxx层流时的边界层微分方程`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系层流时边界层积分方程（简化后）边界层厚度xxxRe164.464.40边界层内速度分布关系第五章边界层理论000dydxdxx302123yyx`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系第五章边界层理论由微分方程LBS230664.0由积分方程LfCRe292.1LBS230646.0不可压缩层流，平板绕流摩擦阻力S及摩擦阻力系数Cff0L1.328C1.328LRe`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系湍流，平板绕流边界层厚度δ、摩擦阻力S、及摩擦阻力系数Cfxx51037.0)(72720LBS5/1Re072.0LfC第五章边界层理论`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系lRe粘滞力惯性力2.几个相似准数：Re、Fr、Eu2glFr惯性力重力2pEu惯性力压力a.粘滞力起主要作用时，b.重力起主要作用时，c.压力起主要作用时，1）几何相似——原形和模型两个流场的几何形状相似；2）运动相似——原形和模型两个流场的速度场相似；3）动力相似——原形和模型两个流场中各相应质点所受的力同名、方向相同，大小成一固定比例；4）初始条件和边界条件相似；第七章相似理论与量纲分析1.两液流流动相似必须满足由简单的物理方程通过相似变换导出某些准数`材料加工冶金传输原理2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制系第七章相似理论与量纲分析4.量纲和谐原理——凡是正确反映客观物理现