冶金传输原理复习总结.ppt
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1、冶金传输原理,1、三种传输现象的基本定律,2、三种传输现象普遍规律(类比关系),绪 论,(1)通量扩散系数浓度梯度(各自量的浓度梯度);,(3)“” 号意义相同,即通量与浓度梯度方向相反。,第1章 流体的主要物理性质,1、 流体的概念及连续介质模型,流体、连续介质模型,等温压缩率,体胀系数,2、液体的压缩性和膨胀性,3、 气体的压缩性和膨胀性,PV=RT,粘性流体抵抗剪切变形的能力,粘性阻力(内摩擦力) 由粘性产生的作用力,5、 牛顿粘性定律,第1章 流体的主要物理性质,动力粘度 /Pas,,运动粘度/ m2/s,又称“动量扩散系数”。,影响的因素:物质种类、温度,6、粘度,4、 粘性,第2章
2、 流体静力学,1、作用在流体上的力,质量力、表面力(法向力、切向力),2、流体静压强,流体静压强单位面积上的流体静压力,流体压强的特性,3、流体平衡微分方程,4、平衡微分方程的积分,第2章 流体静力学,5、静止流体中的压强分布规律,当已知液面压强p0和液面距基准面的距离z0,6、静力学方程的能量意义与几何意义,第2章 流体静力学,根据,可知:,(1)同一静止液体中,各点的测压管水头是相等的,各点的静压水头也是相等的。(几何意义),(2)总比势能不变,但比压能和比位能可以互相转化。(能量 意义)。,7、静止液体对平面壁的压力,第2章 流体静力学,7.1 求压力的大小,即压力P为浸水面积与形心处的
3、液体静压强的乘积,7.2 求压力的作用点,8、静止液体对曲面壁的压力,压力的倾斜角为,第2章 流体静力学,P的作用点(压力中心)D的确定:见图2.16,第3章 流体动力学,3.1 流体运动的基本概念,速度、加速度、稳定流与非稳定流、迹线、流线、流管、流束、流量,3.2 连续性方程,对不可压缩流体,空间连续性方程,3.2.1 直角坐标系的连续性方程,第3章 流体动力学,3.2.2 沿总流的连续性方程,对不可压缩流体,物理意义:对可压缩流体稳定流,沿流程的质量流量保持不变。,物理意义:对不可压缩流体沿流程体积流量不变,流速与管截 面积成反比。,第3章 流体动力学,3.3 理想流体动量传输方程欧拉方
4、程,3.4 实际流体动量传输方程纳维尔-斯托克斯方程,纳维尔斯托克斯方程 (NS方程),第3章 流体动力学,3.5 理想流体和实际流体的贝努利方程,理想流体的贝努利方程,实际流体的贝努利方程,实际流体总流的贝努利方程,第3章 流体动力学,贝努利方程的几何意义、物理意义,理想流体的几何意义,实际流体的几何意义,物理意义,3.6 贝努利方程的应用,第4章 流动状态及能量损失,4.1 流动形态及阻力分类,1、流动形态:层流流动、湍流流动、,2、流动状态判别准则雷诺数,临界雷诺数:圆管、非圆形管、平板,3、能量损失的两种形式,沿程阻力和沿程损失、局部阻力和局部损失、总能量损失,流体绕过固体流动时的雷诺
5、数,4.2 流体在园管中的层流运动,第4章 流动状态及能量损失,速度分布公式,最大流速,平均流速,管中层流流量,沿程损失,第4章 流动状态及能量损失,边界层概念,边界层当流体流过固体表面时,由流体的粘性作用,在表面上呈现出具有速度差异(滑差速度)的流体薄层。,层流起始段层流稳定之前的一段。,4.3 园管中的湍流运动,1、湍流的脉动现象,2、速度的时均化原则及时均速度,3. 湍流边界层,湍流边界层,4. 水力光滑管和水力粗糙管,水力光滑管:,对流动影响小,类似完全光滑管。,水力粗糙管:,对流动影响大,消耗能量。,第4章 流动状态及能量损失,第4章 流动状态及能量损失,5. 湍流沿程损失的基本关系
6、式,图4.8 尼古拉茨实验图,区:层流区:,区:过渡区:,区:水力光滑管粗糙管的过渡区:,区:水力光滑管区:,区:水力粗糙管区:,图4-9 莫迪图,第5章 热量传递的基本概念,在热量传递过程中,温度及其分布是第一要素,温差是推动力。,稳态传热-物体中各点温度不随时间改变的热传递过程。,非稳态传热-物体中各点温度随时间改变的热传递过程。,5.1 基本概念,1、温度场某一时刻空间所有各点的温度分布,2、等温面与等温线,3、温度梯度,第5章 热量传递的基本概念,4 热流量与热流密度,热流量单位时间内,经由某一给定面积传递的热量,W.,热流密度q单位时间内通过单位面积的热量,W/m2.,5.2 热量传
7、递方式,5.2.1 导热,导热物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依靠物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。,2、傅立叶导热定律,1、定义,第5章 热量传递的基本概念,3、热导率,热量传输系数,热导率,522 对流,对流换热(对流+导热)流体和与之接触的表面作相对运动时,在温差作用下进行的热量传输过程。,1、定义,2、计算公式,牛顿冷却公式,第5章 热量传递的基本概念,5.2.3 热辐射,1、含义及特点,热辐射物体自身温度(或热运动)的原因而激发产生的电 磁波传播效应。投射到物体上,为物体吸收转变为内能,使 其温度升高。,辐射换热特点,第5章 热量传递的基本概念,2
8、、斯蒂芬波尔茨曼定律,(1)黑体在某一温度下的辐射能,斯蒂芬波尔茨曼定律(四次方定律),(2)实际物体的辐射能,式中, 实际物体的黑度(或发射率)。介于01之间。,第6章 导热,6.1.1 导热微分方程,当物性参数为常数且无内热源时,无内热源稳态,第6章 导热,对于轴对称问题(圆柱、圆筒或圆球),采用圆柱坐标系(r,z)或球坐标系(r,)下的导热微分方程式(6.4)(6.7)。,无内热源的一维稳态导热:,无内热源的稳态二维导热(直角坐标系):,第6章 导热,6.1.2 初始条件及边界条件,1、初始条件,最简单的初始条件是,2边界条件,1)第一类边界条件,已知任何时刻边界面上的温度分布,即,边界
9、温度均匀时,上式可简化为,第6章 导热,(2)第二类边界条件,给定物体边界上任何时刻的热流密度分布,如果边界温度均匀时,有,第6章 导热,(3)第三类边界条件,已知与边界面直接接触的流体温度Tf和边界面与流体之间的对流换热系数h,6.2 一维稳态导热,6.2 一维稳态导热,6.2.1 平壁的导热,1 单层平壁,第6章 导热,2. 热 阻,3、 多层平壁的导热,第6章 导热,6.2.2 圆筒壁的导热,1单层圆筒壁的稳态导热,热阻,第6章 导热,2、多层圆筒的稳态导热,6.2.3 球壁的导热,6.3 非稳态导热,非稳态导热特征:,6.4.1 第三类边界条件下的一维非稳态导热周围介质温度为常数,第6
10、章 导热,一、无限大平壁的分析解和诺谟图,完整数学描述如下:,第6章 导热,解方程及边界条件得分析解 线算图(诺谟图),任意位置任意时刻 温度T的求解,第6章 导热,物体的累计热量,方程组的解归纳为准则关系式的意义: (1)更好地揭示了物理现象的本质; (2)大幅度减少了变量数 .,.,第6章 导热,6.4.2 第一类边界条件下的一维非稳态导热表面温度为常数,半无限大物体,边界条件(第一类),理论解,第6章 导热,表面的瞬时热流密度qW,蓄热系数b综合衡量材料蓄热和导热能力的物理量,第7章 对流换热,7.1 对流换热概述,7.1.1 对流换热和牛顿冷却公式,牛顿冷却公式和换热系数,对流换热的主
11、要任务:,第7章 对流换热,7.1.2 影响对流换热的主要因素,1. 流动动力(起因),2. 流动状态,3. 换热表面几何尺寸、形状、位置,4. 流体的物理性质,物性相互间的联系和制约:主要反映在准则数值的大小上。,二、对流换热微分方程,一、影响因素,第7章 对流换热,能量微分方程,7.2 对流换热微分方程组,7.3 热边界层概念,热边界层壁面附近形成的温度急剧变化的流体簿层,第7章 对流换热,层流边界层中,沿y方向的热量传递依靠导热。,湍流边界层中,沿y方向的热量传递依靠流体微团的脉动引起的混合作用。,普朗特数,第7章 对流换热,7.4 相似理论基础,相似准数(similarity erit
12、erion):由确定物 理现象的物理量组成的反映现象物理相似的数量特征 的无量纲数群。,在相似现象中,相应的相似准数数值相同,而且描 述相似现象的准数关系式也相同。因此如果把模拟结 果整理成准数关系式,那么得到的准数关系式就可推广到其他与之相似的现象上去。,由相似准数可以得 出模型定律,作为设计物理模拟模型的依 据。在确定相似准 数的方法中,常用的主要有方程分析法、量纲 分析法和 定律分析法3种。方程分析法的根据是相似现象的物 理 方程相同,由分析描述现象的方程得出相似准数。,第7章 对流换热,(3)按照规定选取特征尺寸(准则数Nu、Re和Gr中的几何尺寸称为特征尺寸)。,(4)按规定选用特征
13、流速(强迫对流换热准则数关系式中计算 雷诺数Re所选用的流速称为特征流速),特征温度、特征尺寸和特征流速常称为对流换热的三大特征量。,(5)正确选用各种修正系数。,(2)按规定选取特征温度Tc(查取流体物性参数的温度称为特 征温度)。,(1)根据对流换热的类型和有关参数的范围选择所需要的准 则数方程,不能弄错。,对流换热准则数方程的正确使用,第7章 对流换热,7.6 自然对流的换热计算,自然对流时的温度分布和速度分布,二、计算对流换热系数的准则方程,简化计算公式 :,一个大气压、TCP=50左右,空气与表面换热时,有,一、边界层的形成与发展,第7章 对流换热,7.7 强制对流的换热计算,7.7
14、.1 外掠平板,7.2.2 横掠圆柱,冲击角影响及其修正,第7章 对流换热,7.7.3 绕流球体,7.7.4 管内流动,湍流换热实验准则式:,定性温度,考虑不均匀物性的影响时,可选用以下实验准则式,第7章 对流换热,几点讨论:,(1)非圆形管,定型尺寸采用当量直径,(2)入口段修正,(3)弯管修正系数,(4)管内层流换热,2)换热计算公式,1)附加自然对流的影响,第8章 辐射换热,8.1 热辐射基础,8.1.1 热辐射的本质及特点,热辐射物体自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播效应。投射到物体上,为物体吸收转变为内能,使其温度升高.,特点:1、2、3,8.1.2 热辐射的基本概念及基本
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