1 流体力学及传热学基础知识
传热学教学大纲
传热学教学大纲
一、引言
传热学是热力学的一个重要分支，主要研究热量如何从一个物体传输到另一个物体。本教学大纲旨在提供一个全面而系统的传热学教学框架，以帮助学生深入理解传热学的基本概念、原理和应用。
二、课程目标
1. 理解传热学的基本概念和主要原理；
2. 掌握传热学中的数学模型和计算方法；
3. 熟悉各种传热现象和传热机制；
4. 进行传热问题的分析和解决。
三、教学内容
1. 传热学基础
1.1 热量和温度的基本概念
1.2 物质的热力学性质
1.3 传热学的研究对象和应用领域
2. 热传导
2.1 热传导的基本原理
2.2 热传导的数学模型
2.3 热传导的边界条件
2.4 热传导的解析解和数值解
3. 对流传热
3.1 对流传热的基本原理
3.2 流体力学基础知识回顾
3.3 流体边界层和对流传热模型
3.4 对流传热的换热器设计
4. 辐射传热
4.1 辐射传热的基本原理
4.2 辐射传热的数学模型
4.3 辐射传热的辐射性质
4.4 实际问题中的辐射传热计算
5. 传热器件与传热流程
5.1 各种传热器件的原理和特点
5.2 传热过程中的能量转换和效率分析
5.3 传热流程的优化设计
四、教学方法
1. 教师讲授：通过讲解传热学的基本概念、原理和应用案例，帮助学生建立起系统的知识框架。
2. 实验教学：通过传热学实验，让学生亲身体验传热现象，并通过实验数据分析和报告撰写加深对传热学的理解。
3. 计算机模拟：利用传热学的数值模拟软件，引导学生进行传热计算和仿真实验，提高解决实际问题的能力。
五、评估方式
1. 课堂小测：用于检验学生对基本概念和原理的掌握程度。
工程热力学和传热学和流体力学初级
vV m
m
V
1
v
v 1
比容和密度不是两个独立的状态参数，一个已知，另一
个也就确定了。
20
第三节 理想气体定律
一、理想气体与实际气体
1.理想气体——是一种实际上不存在的假想气体，这 种气体分子本身不占有体积，分子之间完全没有引 力。
2.实际气体——是气体的状态处于很高的压力或很低 的温度，气体有很高的密度，以至于分子本身的体 积及分子间的相互作用力不能忽略的气体。 理想气体实质上就是实际气体的压力p 0或 比容v 0 时的极限状态的气体
第一篇 工程热力学
Engineering Thermodynamics
1.熟悉热力学基本概念：热力系统、热力平衡状态及 工质状态参数等 2.掌握理想气体和实际气体的性质、混合气体的性质 及相关参数的计算 3.掌握气体热力过程的能量交换及参数变化 4.掌握热力学第一定律的实质及应用、理想气体模型 及其状态方程 5.掌握热力学第二定律的实质及表达、卡诺循环和卡 诺定理 6.熟悉朗肯循环、再热循环、回热循环、热电循环 1
（√）一切热力系统连同 与之相互作用的外界可 以抽象为孤立系统。
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第二节 工质及基本状态参数
一、工质(working substance; working medium)
1.定义：实现热能和机械能相互转化，或 传递热能的媒介物质
传热学与流体力学基础读后感
传热学与流体力学基础读后感
书中介绍了热传导的基本原理和应用。热传导是指物体内部热量从高温区向低温区传递的过程。这个过程可以通过导热系数来描述，即单位时间内热量传递的距离与温度差之比。在现实生活中，我们经常会遇到热传导的问题，比如炉子加热食物、汽车发动机冷却等。通过学习热传导的知识，我们可以更好地理解这些现象，并且可以设计出更加高效的解决方案。
书中还介绍了流体力学的基本原理和应用。流体力学是研究流体运动规律和流体相互作用的学科。在现实生活中，我们也经常会遇到流体力学的问题，比如水流、气流、液压等。通过学习流体力学的知识，我们可以更好地理解这些现象，并且可以设计出更加高效的解决方案。
除了介绍基本原理和应用之外，书中还涉及到了一些实际案例。比如，书中提到了一个汽车刹车系统的设计案例。在这个案例中，作者通过分析汽车刹车系统的工作原理和流体力学原理，设计出了一种更加高效的刹车系统。这个案例让我深刻地认识到了物理学在实际应用中的重要性。
我想说的是，学习物理学不仅可以帮助我们更好地理解自然界中的一些现象，还可以培养我们的逻辑思维和创新能力。通过学习物理学的知识，我们可以更好地解决实际问题，并且可以为社会做出更大的贡献。
《传热学与流体力学基础》是一本非常有价值的书籍。通过阅读这本
书，我不仅深入了解了热传导和流体力学的基本原理和应用，还学到了很多实用的技巧和方法。我相信，在未来的学习生涯中，我会继续努力学习物理学知识，为自己的未来打下坚实的基础。
传热学基本知识总结
传热学基本知识总结
传热学是研究热能在物质中传递的科学，是物体内部的热平衡和热不
平衡的原因和规律的研究。传热学的基本知识涵盖了传热的基本概念、传
热方式、传热导率与传热过程的数学描述等内容。以下是对传热学基本知
识的总结。
一、传热的基本概念
1.温度：物体内部分子运动的程度的度量。温度高低决定了热能的传
递方向。
2.热量：物体之间由于温度差异而传递的能量。热量沿温度梯度从高
温区向低温区传递。
3.热平衡：物体内部各点的温度相等，不存在热量传递的状态。
4.热不平衡：物体内部存在温度差异，热量从高温区传递到低温区。
二、传热方式
1.热传导：固体内部的分子传递热量的方式，通过分子的碰撞传递热量。
2.对流传热：液体或气体中，由于温度差异而产生的流动传递热量的
方式。
3.辐射传热：热能通过电磁波的传播传递热量的方式，无需介质参与。
三、热导率
热导率是物体传导热量的能力，用导热系数λ来衡量。热导率取决于物质本身的性质，与物质的材料、温度有关。热导率越大，物体传热能力越强。
四、传热数学描述
1.热量传递方程：描述物体内部传热过程的数学方程，根据物体内部各点之间的温度差和传热方式的不同可以分为热传导方程、热对流方程和热辐射方程。
2.热导率公式：用来计算物体传热量的数学公式，通常与热导率、温度差、传热面积等物理量相关。
五、传热实例
1.热传导：例如铁棒的两端被加热，热量通过铁棒内部分子的传递向另一端传递。
2.对流传热：例如空气中的对流传热，空气受热后变热上升，形成了对流传热。
3.辐射传热：太阳的辐射热量通过空间传递到地球表面，为地球提供能量。
流体力学基本知识
李峥嵘 博士
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2、工程单位 1）基本单位 工程单位以力(kg)、长度(m)及时间(s)三个
物理量为基本量
其他的物理单位均以基本量表示
如密度为kg／m3、速度为m／s、容重为kg ／m3、压强为kg／cm2及热量(cal)等
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第二章 流体静力学
一、流体静力学概念 研究流体静止或平衡时的力学规律及其工程应 用的科学。
其中与流体力学及传热学有关的是前5种相应的单位名称和符号为米m千克kg秒s开尔文k摩尔mol李峥嵘博士2014723132导出量和导出单位均以基本量和基本单位表示如速度为ms密度为kgm李峥嵘博士2014723142工程单位1基本单位工程单位以力kg长度m及时间s三个物理量为基本量其他的物理单位均以基本量表示如密度为kgm压强为kgcm2及热量cal等李峥嵘博士201472315第二章流体静力学一流体静力学概念研究流体静止或平衡时的力学规律及其工程应用的科学
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2、能量方程
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流体力学与传热学-1
雷 诺（1842-1912） 用实验证实了粘性流体的两种流动状态──层流和紊流的存在，找到了 实验研究粘性流体流动规律的相似准则数──雷诺数。 普朗特（1875－1953） 建立了边界层理论，解释了阻力产生的机制。 钱学森 算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识，为中国火箭导弹和航天事 业的创建与发展作出了杰出的贡献。 周培源 面即爱因斯坦广义相对论引力论和流体力学中的湍流理论的研究与教学并 取得出色成果。
相似理论
模型试验
测量
数据分析
风洞实验：
重力溢流式实验水洞
现代测量技术在计算机，光学和图象技术配合下在提高空间分辨律和 实时测量方面已取得长足进展。
数值方法：
对流体力学数学方程作简化和数值离散化，编制程序作数值计算，将 计算结果与实验或理论分析结果比较。
计算流体力学
有限差分法
有限元法
边界元法
谱分析等
这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。
现在的高尔夫球表面有许多窝。
5倍
汽车 汽车发明于19世纪末，人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部 对空气的撞击，因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车。 阻力系数CD很大，约0.8； 实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流； 20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，改进汽车的尾部形状；
经过近80年的研究和改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，减少到原 来的1/5；
基础理论知识
第一章、基础理论知识课程
名称建筑设备
授课
对象
建筑工程技术、工程造价、工程监
理专业学生
授课章节第一章、建筑给水排水工程授课学时数备后面学习查阅
基本教材或主要参考书教材：中国建筑工业出版社《建筑设备》
贾永康主编
参考书：《流体力学》、《传热学》、《热力学》中国建筑工业出版社
教学目的与要求
通过学习，使学生了解流体力学基本知识以及热力学和传热学的基础知识
会用流体力学的知识解决给排水和采暖工程中遇到的水力计算问题；
会用传热学的基础知识解释采暖工程中遇到的传热现象；
会用热力学中逆卡诺循环原理解释制冷循环中所遇到的问题。
教学内容与时间安排绪论
第一章基础理论知识
第一节、流体力学基本知识第二节、热工学基本知识
教学重点与难点
会用流体力学的知识解决给排水和采暖工程中遇到的水力计算问题；会用传热学的基础知识解释采暖工程中遇到的传热现象；会用热力学中逆卡诺循环原理解释制冷循环中所遇到的问题。
考核方式闭卷考试+实践
第一章、流体力学与热工学基础
1.1 流体主要的力学性质
从微观上讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的单个分子所组成，而且分子总是处于随机运动状态。
从宏观上讲，流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。
所谓质点，是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。
这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间，称为连续介质。
1. 易流动性
流体这种在静止时不能承受切应力和抵抗剪切变形的性质称为易流动性2. 质量密度
单位体积流体的质量称为流体的密度，即ρ=m/V
3. 重量密度
流体力学与传热学基础(次英)思维导图
1.1流体力学基本知识
流量是流体运动时单位时间内通过过流断面的流体的多少。
Q=vω
湿周：过流断面上流体与固体面接触的周界，用x表示， 单位为m或cm。 水力半径：A是过流断面的面积。
A R x
1.4恒定流的连续性方程和能量方程 1.4.1恒定流的连续性方程
恒定流连续性方程是流体运动的基本方程之一，它的形式简 单但是应用广泛。
1.2.3压强的度量和单位 流体静压强有两种表示方法。 1.绝对压强 以绝对真空为零算起的压强，用P'表示。绝对压强永远是正值 2.相对压强 以当地大气压强Pa为零算起的压强，一般的压力表测量出的压 强即为此压强，用p表示。相对压强可以是正值，也可以是负值 。当某点的绝对压强高于大气压强时，相对压强值为正，相对压 强的正值称为正压(即压力表读数)；某点的绝对压强低于大气压 强时，相对压强值为负，相对压强的负值称为负压。 相对压强与绝对压强之间的关系用下式表示
- 动力粘度，与流体种类 有关；
du 流速梯度，表示速度沿 垂直于速度方向的变化 率。 dn
通常用动力粘性系数μ表示流体黏性的大小，它决定 于流体的种类和温度，通常也称为粘度或动力粘度。 流体黏性除用动力黏性系数μ表示外，还常运动粘性系 数或运动粘度υ表示，单位m2／s。见表1-1，1-2
1.1.4表面张力 液体表面，包括液体与他种流体或固体的接触表面， 存在着一种力图使液体表面积收缩为最小的力，称为表 面张力（露珠）。
1_流体力学与传热学
静水压强基本方程式：
p p0 h
• 方程表示静水压强与水深成正比的直线分 布规律； • 作用于液面上的表面压强p0是等值地传递 到静止液体中每一点上； • 对于气体,由于很小,当γh 不大时,可忽 略h 项,则p ＝p0
特点
第三节 流体运动的基本知识
流体运动的 基本概念
压力流
无压流
恒定流
P p lim A
A 0
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第二节 流体静力学
一、流体静压强及其特性
P Z dA n
流体静压强的方向与受 压面垂直并指向受压面
Y X 0
作用于同一点上各方 向的静压强大小相等
流体静 压强的 特性
第二节 流体静力学
二、流体静压强的分布规律
分析静止液体中压强分布 作用于轴向的外力有：
01章
流体力学
流体力学基本知识
本章了解和掌握的内容：
流体的主要物理性质
惯性、重力特性、粘滞性、压缩性和膨胀性
流体静压强及其分布规律
流体运动的基本知识 流动阻力和水头损失
研究对象
气 体
液 体
第一节
流体的主要物理性质
流体的主要物理性质 惯性和重力特性
密度
M V
粘滞性
F du A dy
一、流体运动的基本概念
流体力学与传热学详解
2.对流换热
特征数方程和特征数 一般关系式： Nu=f (Re,Pr,Gr) 管内强制对流
Nu C Rem Prn
流 型
准则方程
适用范围
湍 Nu 0.023Re0.8 Prn
加热n=0.4；冷却n=0.3
104<Re<1.2×105 0.7<Pr<120
流 不考虑自然对流的影响
特征数方程和特征数 特征数（准则）方程——工程上实用的表面传热系数的 计算公式，主要是由实验得到的。实验式将表面传热系 数与众多相关的参数综合成数个无量纲特征数之间的函 数关系式；
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2.对流换热
特征数方程和特征数 特征（准则）数： 努塞尔数——标志对流换热的相对强弱程度；
Nu hl
0.3164 Re0.25
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阻力系数关系式
湍流粗糙区( Re 191
与Re无关
尼古拉兹公式
d
K
)
(K de)
1
2 lg de 1.142
K
希弗林松公式
0.11
k
0.25
湍流过渡区 27 d 8/7 Re 191
K
d d (Re, K
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举例：
某钢管制风道，断面尺寸为400×200mm2，管长80m， 粗糙度k=0.15mm， Σζ=2.5，u=10m/s，空气温度 t=20℃，求阻力损失Δp
第一章流体力学导论(讲义).
3）、辐射机理
电磁波范围极广，通常把波长为0.4～40μm范围 的电磁波称为热射线。热射线产生于物质的原子内部， 而引起这种运动的基本原因是物体本身温度。
4）、产生辐射传热的条件 当两个物体温度都在绝对零度以上而且有温差时， 高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高 温物体的能量。总的效果是高温物体辐射给低温物体能 量。实验证明：只有当物体的温度大于400℃时，因辐 射而传递的能量才比较显著。
•
流体最主要的物理特性
呈现流动性？
流体
有无固定的体 积？ 流体 气体 液体 无 有
固体
是否容易 被压缩？ 易 不易
能否形成 自由表面？ 否 能
•
流体力学的主要研究内容
1. 流体在外力作用下，静止与运动的规律； 2. 流体与边界的相互作用。
边界
固定边界：水工建筑物、河床、海洋平台等
运动边界：飞机、船只等
5）、辐射热计算公式
实际物体之间的辐射传热热流量为 T1 4 T2 4 4 4 Q s b (T1 T2 ) s cb [( ) ( ) ] 100 100
黑体表面辐射的热流量为 T 4 4 Q bT cb ( ) 100
b : 黑体辐射常数，5.67 10 W /(m K )
-8 2 4
cb : 黑体辐射系数，5.67W /(m2 K 4 )
《流体力学与传热学》课件
02
例如，碳基纳米材料（如碳纳米管和石墨烯）具有高导热性和良好的机械性能，可用于高效散热材料和流体密封材料。同时，这些材料还具有优异的电学性能，可用于制造高效能电子器件。
03
生物可降解材料在流体力学与传热学中也有广泛应用。这些材料具有良好的生物相容性和可降解性，可用于制造医疗植入物、药物载体等，同时避免了传统材料对环境的污染。
来自百度文库
总结词
新能源技术是未来能源发展的方向，传热学在新能源技术的开发和利用中发挥着重要作用。
要点一
要点二
详细描述
太阳能、风能等新能源的开发和利用过程中，传热学原理被广泛应用于设备的热回收、热利用和热控制等方面。例如，太阳能热水器利用传热学原理将太阳能转化为热能，风力发电设备的散热系统和热回收系统也涉及到传热学的知识。
影响因素
保温材料、散热器设计等。
应用
对流换热是流体与固体表面之间的热量传递过程，伴随着流体的流动。
定义
流体的性质、流动状态、固体表面的形状和温度等。
影响因素
暖通空调、热水器设计等。
应用
03
流体力学应用实例
水利工程中流体应用广泛，涉及水库、水电站、灌溉系统等。
总结词
在水利工程中，流体动力学与流体力学原理被广泛应用于水库、水电站的建设和运行中。水库的溢洪道设计、水电站的涡轮机效率等都需要考虑流体的运动规律和特性。此外，灌溉系统的管道设计和流量控制也需要掌握流体力学的知识。
传热学内容总结讲解
传热学内容总结讲解
传热学是研究热能的传递方式和规律的科学领域。它涉及到热传导、
热对流和热辐射三种方式的热能传递。传热学的研究内容包括传热机制、
传热性质、传热过程及应用等方面。下面将对这些内容进行详细的总结讲解。
首先，传热机制是传热学的基础。热传导是物质内部热能的传递方式，它依靠颗粒之间的热运动和碰撞传递热量。热对流是通过流体的流动实现
热能传递，流体中的分子具有不规则的热运动，当流体在温度梯度下流动时，会带走或带来热量，从而实现热能传递。热辐射是通过电磁波的传播
来传递热能，不需要传热介质的存在。
其次，传热性质是传热学的核心内容。热传导性质是研究物质导热性
能的指标，包括导热系数、导热方程和导热半径等。导热系数代表了单位
温度梯度下单位面积的热能传递量，它是描述物质导热性能的重要参数。
导热方程是用来描述热传导过程的数学方程，可以求解温度分布、热流密
度等参数。导热半径是用来描述热传导长度的指标，表示热传导在单位时
间内能传播的距离。
再次，传热过程是传热学的重要研究内容。热传导过程是物体内部热
能传递的过程，可以通过热传导方程进行定量描述。热对流过程是流体中
热能传递的过程，可以通过热力学和流体力学的基本原理进行描述。热辐
射过程是通过电磁波传播热能的过程，可以通过辐射热传递公式进行定量
描述。在实际传热过程中，通常会有多种传热方式同时存在，需要综合考
虑各种方式的贡献。
最后，传热学的应用十分广泛。在热工学中，传热学在工程热设计、热过程计算和热设备优化方面发挥着重要作用。在材料科学中，传热学可以用于研究材料的导热性能、传热过程及相变等问题。在能源工程中，传热学可以用于研究能源转化和利用过程中的热传输问题，如热管、换热器等设备的设计与优化。此外，传热学还广泛应用于建筑、环境、生物医学等领域，对于改善生活和保护环境具有重要意义。
传热学与流体力学概念要点复习
第一章导论
1.传热学：传热学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。
2.流体力学:流体力学是研究流体的平衡与运动规律的科学。速度分布，压强分布，能量损失及流体与固体的相互作用。
3.热量传递的三种基本方式：导热，对流，热辐射。
4.导热:物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热或者热传导。
5.气液固导热机理：在气体中，导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，气体温度升高，不同能量水平的分子相互碰撞使热量由高温传到低温；导电固体中，通过自由电子相互碰撞传递热量；不导电固体中通过晶格结构的振动，即原子，分子在其平衡位置的振动实现的；液体的导热机理兼有气体和非导电固体的特性。
6.傅里叶定律：导热热流Q的大小取决于物体中沿导热热量传递方向上的温度变化率的大小，热量通过的物体面积与表征材料导热能力的物性参数，热导率。
7.导热问题分类：温度场中的温度是否随时间发生变化分为稳态导热和非稳态导热。
8.对流：是指由于流体的宏观流动，各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
9.牛顿冷却公式：
10.影响表面传热系数h的因素：流体的物性，密度，比热容，热导率，粘性系数等，换热表面的形状大小，流动速度与形态等。
11.辐射换热：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。
特点：动态平衡，热平衡时，辐射换热量为0但是辐射与吸收过程仍在继续。
方向性，可在真空中进行，且最有效。
辐射时能量形式发生改变。
任何物体温度高于0K就会不停的发出热辐射。
12.黑体:能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。
1 流体力学及传热学基础知识
1.2 流体静力学基本概念
1.2.1 绝对压强、表压强和大气压强 绝对压强、
以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力， 以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力，它是流 绝对压力 体的真实压力；以大气压为基准测得的压力称为表压 体的真实压力；以大气压为基准测得的压力称为表压 或真空度、相对压力， 或真空度、相对压力，它是在把大气压强视为零压强 的基础上得出来的。 的基础上得出来的。 绝对压强是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强） 绝对压强是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强） 是以绝对真空状态下的压强 为基准计量的压强;表压强简称表压 表压强简称表压， 为基准计量的压强 表压强简称表压，是指以当时当 地大气压为起点计算的压强。两者的关系为： 地大气压为起点计算的压强。两者的关系为： 绝对压=大气压 表压 绝对压 大气压+表压 大气压
通常情况下，单位面积上的内摩擦力称为剪应力， 通常情况下，单位面积上的内摩擦力称为剪应力， 表示， 以τ表示，单位为 ，则式（1-4）变为 表示 单位为Pa，则式（ ） τ=µdu/dy （1-5） ）
）、式 牛顿粘性定律， 式（1-4）、式（1-5）称为牛顿粘性定律，表明流 ）、 ）称为牛顿粘性定律 体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。 体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。
1 流体力学及传热学基础知识
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因水在分支管路3a、3b中的流量相等，则有
u2A2=2u3A3 即水在管3a和3b中的流速为:
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u3= 2.30(m/s)
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1.3 流体动力学基础
图1-5连续性方程的推导
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2. 质量密度
单位体积流体的质量称为流体的密度，即ρ=m/V
3. 重量密度
流体单位体积内所具有的重量称为重度或容重，以γ 表示。γ=G/V
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1.1 流体主要的力学性质
质量密度与重量密度的关系为：
γ=G/V=mg/V=ρg
4. 粘性
表明流体流动时产生内摩擦力阻碍流体质点或流层 间相对运动的特性称为粘性，内摩擦力称为粘滞力。 粘性是流动性的反面，流体的粘性越大，其流动性
ms=Qρ
体积流量、过流断面面积A与流速u之间的关系为: Q=Au
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1.3 流体动力学基础
1.3.2 流体运动的分类
1. 根据流动要素(流速与压强)与流行时间来进行分类
（1） 恒定流 流场内任一点的流速与压强不随时间变化，而仅与 所处位置有关的流体流动称为恒定流。 （2） 非恒定流
1.2 流体静力学基本概念
重力场中在垂直方向上对液柱进行受力分析：
(1) 上端面所受总压力P1=p1A，方向向下；
(2) 下端面所受总压力P2=p2A，方向向上； (3) 液柱的重力G=ρgA(z1-z2), 方向向下。 液柱处于静止时，上述三项力的合力应为零，即 p2A-p1A-ρgA(z1-z2)=0
整理并消去A，得
p2=p1+ρg(z1-z2) (压力形式) （1-8）
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1.2 流体静力学基本概念
变形得
p1/ρ+z1g=p2/ρ+z2g
(能量形式)（1-9）
若将液柱的上端面取在容器内的液面上，设液面上方的 压力为pa，液柱高度为h，则式（1-8）可改写为 p2=pa+ρgh （1-10） 式（1-8）、式（1-9）及式（1-10）均称为静力学基本 方程，其物理意义在于：在静止流体中任何一点的单位位能 与单位压能之和(即单位势能)为常数。
或
ρ1u1A1=ρ2u2A2
(1-16)
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1.3 流体动力学基础
推广至任意截面，有
ms=ρ1u1A1=ρ2u2A2=…=ρuA=常数 (1-17)
式（1-15）～式(1-17)均称为连续性方程，表明 在定态流动系统中，流体流经各截面时的质量流量恒 定。 对不可压缩流体，ρ＝常数，连续性方程可写为:
绝对压=大气压+表压
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1.2 流体静力学基本概念
图1.3 绝对压力、表压与真空度的关系
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1.2 流体静力学基本概念
1.2.2 流体静力学平衡方程
1.2.2.1 静力学基本方程
第一篇
建筑给水排水及采暖
1 流体力学及传热学 基础知识
建筑设备工程
主编：刘昌明 鲍东杰
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目
1 2 3 4 5 3
录
流体主要的力学性质 流体静力学基本概念 流体动力学基础
流动阻力与能量损失 稳态传热的基本概念 传热的基本方式
传热过程及传热的增强与削弱
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6
7
1 流体力学及传热学基础知识
1.2 流体静力学基本概念
处于相对静止状态下的流体，由于本身的重力或 其他外力的作用，在流体内部及流体与容器壁面之间 存在着垂直于接触面的作用力，这种作用力称为静压 力。
单体面积上流体的静压力称为流体的静压强。
若流体的密度为ρ，则液柱高度h与压力p的关系 为：
p=ρgh
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越小。
平板间液体速度变化如图1.1所示。 实际流体在管内的速度分布如图1.2所示。
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1.1 流体主要的力学性质
实验证明，对于一定的流体，内摩擦力F与两流体
层的速度差du成正比，与两层之间的垂直距离dy成反比， 与两层间的接触面积A成正比，即
1.1 流体主要的力学性质
5.压缩性和膨胀性
流体体积随着压力的增大而缩小的性质，称为流体 的压缩性。
流体体积随着温度的增大而增大的性质，称为流体 的膨胀性。 液体与气体的压缩性和膨胀性的区别：
（1）液体是不可压缩流体，液体具有膨胀性 ；
（2）气体具有显著的压缩性和膨胀性。
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运动流体各质点的流动要素随时间而改变的运动称 为非恒定流。
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1.3 流体动力学基础
2. 根据流体流速的变化来进行分类
（1） 均匀流
在给定的某一时刻，各点速度都不随位置而变化的 流体运动称为均匀流。 （2） 非均匀流 流体中相应点流速不相等的流体运动称为非均匀流。
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1.3 流体动力学基础
（3） 射流
流体经由孔口或管嘴喷射到某一空间，由于运动的 流体脱离了原来的限制它的固体边界，在充满流体的空 间继续流动的这种流体运动称为射流，如喷泉、消火栓 等喷射的水柱。
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1.3 流体动力学基础
1.3.1 流体运动的基本概念
1. 流线和迹线
流线是指同一时刻不同质点所组成的运动的方向线。
迹线是指同一个流体质点在连续时间内在空间运动 中所形成的轨迹线，它给出了同一质点在不同时间的速 度的方向。
图1.4
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假如一容器内装有密度为ρ的液体，液体可认为 是不可压缩流体，其密度不随压力变化。在静止的液 体中取一段液柱，其截面积为A，以容器底面为基准 水平面，液柱的上、下端面与基准水平面的垂直距离 分别为z1和z2，那么作用在上、下两端面的压力分别 为p1和p2。
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F=μAdu/dy （1-4） 通常情况下，单位面积上的内摩擦力称为剪应力， 以τ表示，单位为Pa，则式（1-4）变为 τ=μdu/dy （1-5） 式（1-4）、式（1-5）称为牛顿粘性定律，表明流 体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。
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1.3 流体动力学基础
3. 按液流运动接触的壁面情况分类
（1） 有压流
流体过流断面的周界为壁面包围，没有自由面者称 为有压流或压力流。一般供水、供热管道均为压力流。 （2） 无压流 流体过流断面的壁和底均为壁面包围，但有自由液
面者称为无压流或重力流，如河流、明渠排水管网系统 等。
1.3.3 定态流体系统的质量守恒－连续性方程
如图1-5所示的定态流动系统，流体连续地从1— 1截面进入，从2—2截面流出，且充满全部管道。以 1—1、2—2截面以及管内壁为衡算范围，在管路中流 体没有增加和漏失的情况下，单位时间进入截面1—1 的流体质量与单位时间流出截面2—2的流体质量必然 相等，即 ms1=ms2 (1-15)
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1.1 流体主要的力学性质
图1.1 平板间液体速度变化
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1.1 流体主要的力学性质
图1.2 实际流体在管内的速度分布
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过流断面内所有元流的总和称为总流。
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1.3 流体动力学基础
3. 流量
流体流动时，单位时间内通过过流断面的流体体积 称为流体的体积流量，一般用Q表示，单位为L/s。
单位时间内流经管道任意截面的流体质量，称为质 量流量，以ms表示，单位为kg/s或kg/h。 体积流量与质量流量的关系为：
1.3 流体动力学基础
2. 流管、过流断面、元流和总流
在流场内作一非流线且不自闭相交的封闭曲线，在 某一瞬时通过该曲线上各点的流线构成一个管状表面， 称流管。
在流体中取一封闭垂直于流向的平面，在其中划出 极微小面积，则其微小面积的周边上各点都和流线正交， 这一横断面称为过流断面。 若流管的横截面无限小，则称其为流管元，亦称为 元流。
1.3 流体动力学基础
4. 流体流动的因素
（1） 过流断面
流体流动时，与其方向垂直的断面称为过流断面， 单位为m2。在均匀流中，过流断面为一平面。 （2） 平均流速 在不能压缩和无粘滞性的理想均匀流中，流速是不
变的。
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1.3 流体动力学基础
于设备尺寸，但却远大于分子自由程。
这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即
流体充满所占空间，称为连续介质。
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1.1 流体主要的力学性质
1.1.2 流体的主要力学性质
1. 易流动性
流体这种在静止时不能承受切应力和抵抗剪切变形 的性质称为易流动性
1.2 流体静力学基本概念
1.2.1 绝对压强、表压强和大气压强
以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力，它是流 体的真实压力；以大气压为基准测得的压力称为表压 或真空度、相对压力，它是在把大气压强视为零压强 的基础上得出来的。
绝对压强是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强） 为基准计量的压强;表压强简称表压，是指以当时当 地大气压为起点计算的压强。两者的关系为：
1.3 流体动力学基础
1.3.4 能量守恒定律－伯努利方程
在理想流动的管段上取两个断面1—1和2—2，两 个断面的能量之和相等，即
u P u Z1 Z2 2g 2g P
假设从1—1断面到2—2断面流动过程中损失为h， 则实际流体流动的伯努利方程为
2 u12 P u2 Z1 Z2 h 2g 2g
Vs=u1A1=u2A2=…=uA=常数
对于圆形管道，式（1-18）可变形为 u1/u2=A2/A1=(d2/d1)2
1 流体力学及传热学基础知识
(1-18)
(1-19)
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1.3 流体动力学基础
【例1.1】如图1-6所示，管路由一段Φ89mm×4mm的
管1、一段Φ108mm×4mm的管2和两段 Φ57mm×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水以 9×10-3m3/s的体积流量流动，且在两段分支管内的流 量相等，试求水在各段管内的速度。
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1.2 流体静力学基本概念
1.2.2.2 静压强的特性
静压强的方向性流体具有各个方向上的静压强。 流体内部任意一点的静压强的大小与其作用的方向无 关。 流体的静压强仅与其高度或深度有关，而与容器的形 状及放置位置、方式无关。
图1-6
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1.3 流体动力学基础
【解】管1的内径为: d1=89-2×4=81(mm)
则水在管1中的流速为:
管2的内径为:
u1=1.75(m/s)
d2=108-2×4=100(mm)
由式（1-19），则水在管2中的流速为: u2=1.15(m/s) 管3a及3b的内径为: d3=57-2×3.5=50(mm)
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1.1 流体主要的力学性质
1.1.1 连续介质假设
从微观上讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的 单个分子所组成，而且分子总是处于随机运动状态。 从宏观上讲，流体视为由无数流体质点（或微团）组 成的连续介质。
所谓质点，是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小