流体与热工基础培训课件
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热工基础PPT课件
第四节 流体静力学基本方程及其应用
一、静力学基本方程
1.方程式的推导 • 建模：一盛有静止液体的容器
• 受力分析 液柱所受的质量力只有重力
G= -mg=-hAg
表面力： 液柱上表面：-p0A 液柱下表面：pA
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
根据受力平衡有：
p Ap0AghA 0
化简得：
•计示压强会随大气压的变化而改变
• 绝对压强和计示压强的关系
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。
属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到
自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变
化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。
➢ 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。
• 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水
银等。
气 水
液
水银
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅲ
9 10 11
Ⅱ5
Ⅱ
6
7
8
Ⅰ 1
Ⅰ
2
3
一、静力学基本方程
1.方程式的推导 • 建模：一盛有静止液体的容器
• 受力分析 液柱所受的质量力只有重力
G= -mg=-hAg
表面力： 液柱上表面：-p0A 液柱下表面：pA
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
根据受力平衡有：
p Ap0AghA 0
化简得：
•计示压强会随大气压的变化而改变
• 绝对压强和计示压强的关系
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
绝对压强和相对压强的应用
属于流体的物性和状态的有关公式、计 算、资料数据等多采用绝对压强，例如 理想气体状态方程，饱和蒸汽压，汽轮 机主汽门前的蒸汽参数，凝汽器或除氧 器参数等的压强值。
属于流体工程的强度、测试等有关压强 值多采用计示压强。例如计算受压容器 强度，管道附件公称压力，高压加热器 水侧压力，汽轮机调节和润滑油压，泵 与风机进出口压强等。
一部分是自由液面上的压强p0；另一部分是该点到
自由液面的单位面积上的液柱重量ρgh。当p0有变
化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的变化， 这就是著名的帕斯卡原理，该原理在水压机、液压 传动等水利机械中得到广泛应用。
➢ 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，压强值成正比增大。
• 互不掺混的两种液体的分界面，如水和水
银等。
气 水
液
水银
热工基础 高职高专 ppt 高等职业教育 课件
例2-1 判断连通器中的等压面
油 水
Ⅲ
Ⅲ
9 10 11
Ⅱ5
Ⅱ
6
7
8
Ⅰ 1
Ⅰ
2
3
3热工流体动力学基础PPT课件
由中由上向下流动，
且管径不变
即 hs→hg （几何压头视为“能量损失”
同理热气由下向上流动时
hg→hs（几何压头视为“推动力”）
.
24
（2）动压头和静压头之间的转变
1-1和2-2的伯努力方程:
hs1 hk1 hs2 hk2
因为 hk1＞hk2
流体在一水平 即
的、逐渐扩张 的管道中流动
则
hk→hs
QV
u dA
A
体积流量与Q质m量流A量u之 间dA的关系为 M = ρQV
单位过流面积的流量分别计为 q 和 m
q=Q/A m=M/A
.
4
流速
单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速，以符号u表 示，单位为m/s。
在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速。平均速度
以符号 表示
.
【例】 一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：吸风管内径为300mm， 排风管内径为为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa，排风管 气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为50Pa。使温度 10℃，风量为9200m3 /h的气体通过整个系统，试确定需要外界输入 多少机械能 。
支运算的空间，写连续性方程。
qV1 = 3qV = 3 × 0.8 = 2.4 (m3/s) qV2 = 2qV= 2 × 0.8 = 1.6 (m3/s) qV3 = qV = 1 × 0.8 = 0.8 (m3/s) 各断面的流速：
u1 = qV1 / A1 = 2.4/(0.5×0.5) = 9.6 (m/s) u2 = qV2 / A2 = 1.6/(0.5×0.5) = 6.4 (m/s) u3 = qV3 / A3 = 0.8/(0.5×0.5) = 3.2 (m/s)
且管径不变
即 hs→hg （几何压头视为“能量损失”
同理热气由下向上流动时
hg→hs（几何压头视为“推动力”）
.
24
（2）动压头和静压头之间的转变
1-1和2-2的伯努力方程:
hs1 hk1 hs2 hk2
因为 hk1＞hk2
流体在一水平 即
的、逐渐扩张 的管道中流动
则
hk→hs
QV
u dA
A
体积流量与Q质m量流A量u之 间dA的关系为 M = ρQV
单位过流面积的流量分别计为 q 和 m
q=Q/A m=M/A
.
4
流速
单位时间内流体在流动方向上流经的距离称为流速，以符号u表 示，单位为m/s。
在流体流动中通常按流量相等的原则来确定平均流速。平均速度
以符号 表示
.
【例】 一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：吸风管内径为300mm， 排风管内径为为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa，排风管 气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为50Pa。使温度 10℃，风量为9200m3 /h的气体通过整个系统，试确定需要外界输入 多少机械能 。
支运算的空间，写连续性方程。
qV1 = 3qV = 3 × 0.8 = 2.4 (m3/s) qV2 = 2qV= 2 × 0.8 = 1.6 (m3/s) qV3 = qV = 1 × 0.8 = 0.8 (m3/s) 各断面的流速：
u1 = qV1 / A1 = 2.4/(0.5×0.5) = 9.6 (m/s) u2 = qV2 / A2 = 1.6/(0.5×0.5) = 6.4 (m/s) u3 = qV3 / A3 = 0.8/(0.5×0.5) = 3.2 (m/s)
热工基础ppt教学教材
18
活塞，汽轮机，火箭引擎 Piston, Gas Turbine & Rocket Engines
19
热电厂 Power Plants
20
Air Conditioning
21
能量转换装置工作过程简介
1、蒸汽动力装置 2、内燃机
22
在这个循环过程中，为什么要有一个放 热的过程？
如果设有放热过程它不是能更好地利用 能源吗？
三个守恒方程是指质量守恒方程、能量守恒方程 和熵守恒方程等,这是热工分析计算的基础;
27
四个热力过程指的是定温、定压、定容和绝热等 四个基本热力过程。包括过程的特点、过程中状 态参数的变化、热量和功量(机械功)的转化情况 等;
在实际的能量转换过程中，转换的效率不可能达 到100%，工程热力学所要研究的就是怎样使这个 效率达到最大，以更好地利用热能。
26
内容： “一种工质、两个基本定律、三个守 恒方程、四个热力过程、五方面应用”
一种工质是指理想气体,包括理想气体的定义、性 质、状态参数、状态方程等;
两个基本定律是热力学第一定律和第二定律,包括 了定律的定性和定量表达及有关应用等;
和破坏力非常大，每年因污染造成的经济损 失在1000亿元以上
能源供需矛盾十分突出
节能 7
热能的利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。*
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
3
0-1 能量与能源 能量
活塞，汽轮机，火箭引擎 Piston, Gas Turbine & Rocket Engines
19
热电厂 Power Plants
20
Air Conditioning
21
能量转换装置工作过程简介
1、蒸汽动力装置 2、内燃机
22
在这个循环过程中，为什么要有一个放 热的过程？
如果设有放热过程它不是能更好地利用 能源吗？
三个守恒方程是指质量守恒方程、能量守恒方程 和熵守恒方程等,这是热工分析计算的基础;
27
四个热力过程指的是定温、定压、定容和绝热等 四个基本热力过程。包括过程的特点、过程中状 态参数的变化、热量和功量(机械功)的转化情况 等;
在实际的能量转换过程中，转换的效率不可能达 到100%，工程热力学所要研究的就是怎样使这个 效率达到最大，以更好地利用热能。
26
内容： “一种工质、两个基本定律、三个守 恒方程、四个热力过程、五方面应用”
一种工质是指理想气体,包括理想气体的定义、性 质、状态参数、状态方程等;
两个基本定律是热力学第一定律和第二定律,包括 了定律的定性和定量表达及有关应用等;
和破坏力非常大，每年因污染造成的经济损 失在1000亿元以上
能源供需矛盾十分突出
节能 7
热能的利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。*
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
3
0-1 能量与能源 能量
热工与流体力学基础全套课件
2020/3/1
2014.9.13
30
第一章
热力学基本概念
2020/3/1
2014.9.13
31
学习导引
本章介绍了许多重要的概念，对于后续内 容的学习非常重要。在学习过程中，应注意把 相关的概念串接起来，既对单个概念的物理意 义有较深刻的理解，又能从整体上将这些概念 有机的联系起来。
2020/3/1
1980 1991 2014.9.13
1997
中国 世界先进
15
（3）环境污染严重
据世界银行统计资料，我国城市空气污染对 人体健康和生产造成的损失估计每年1600亿元人 民币；酸雨使农作物减产每年损失达400亿元人民 币。
全世界2001年由化石燃料所排放的CO2达到 236.83亿吨，其中我国的排放量达到30亿吨，占 世界总排放量的13％，仅次于美国，居世界第 二位。
2020/3/1
2014.9.13
20
二、本课程的性质 、研究对象及主要内容
• 主要的专业基础课
工程热力学
• 三部分组成 流体力学
传热学
• 以热机工作过程为例:
化学能
热能
2020/3/1
2014.9.13
机械能
21
热机工作过程示意图
过热蒸汽
发电机
锅 汽轮机 炉
乏汽 循环水
冷凝器
• 热机
——能将热能转换为 机械能的机器。
2014.9.13
11
我国能源利用现状及存在的主要问题：
（1）人均能源占有率低，远低于世界平均水平
煤炭：90.45 吨/人（世界人均 162.48吨/人）； 石油：2.59 吨/人（世界人均 23.25 吨/人）； 天然气：1079.90 m3/人（世界人均 24661 .32 m3/人）
热工与流体力学(精品课件)
度分别为T1、T2，黑度分别为1、2，其中放置遮热板后两平行板的温
度T1、T2不变，且遮热板的面积也为A，遮热板的两面黑度相等，均等
于3。假定这些平板的尺寸比它们之间的距离大得多，试求加入遮热板
后两平行平板间的辐射换热量减少为原来的百分之几。
解：没有放置遮热板之前，两平行 板间的辐射换热量属于表14-1中的 第一种情况。角系数X1，此时两 平行平板间的辐射换热量为
==
hh
辐射面间的距离
1—圆盘形；2—正方形；3—长方形（边之比为2:1）；4—长方形（狭长）
2020/10/3
二、两固体间的辐射换热
工程上常见的两固体(灰体1、2 )相互辐射传热的过 程，是两者之间辐射能的反复发射和反射过程 。两固体
间辐射换热的总结果为温度较高的物体传递给温度较低 物体的净热量。
（2）实际物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。
（3）物体的吸收率等于同温度下该物体的黑度。
E A
E1 A1
E2 A2
En An
Eb
该式在太阳辐射
A E / Eb
E / Eb
A
吸收中不适用
上式即为基尔霍夫定律表达式。
2020/10/3
第二节 固体壁面之间的辐射换热
一、角系数
物体间的辐射换热量除与物体的表面温度和黑度有关 外，还与物体换热表面的几何形状、大小及相对位置有关。
辐射换热
2020/10/3
学习导引
热辐射的传热现象与导热、热对流相比有着 本质的区别。物体之间以热辐射的形式实现热量 交换的现象称为辐射换热。本章主要介绍热辐射 的本质、特点及其有关的基本概念，阐述了热辐 射的两个基本定律，最后引入角系数的概念，并 延伸到两固体壁面间的辐射换热计算。
度T1、T2不变，且遮热板的面积也为A，遮热板的两面黑度相等，均等
于3。假定这些平板的尺寸比它们之间的距离大得多，试求加入遮热板
后两平行平板间的辐射换热量减少为原来的百分之几。
解：没有放置遮热板之前，两平行 板间的辐射换热量属于表14-1中的 第一种情况。角系数X1，此时两 平行平板间的辐射换热量为
==
hh
辐射面间的距离
1—圆盘形；2—正方形；3—长方形（边之比为2:1）；4—长方形（狭长）
2020/10/3
二、两固体间的辐射换热
工程上常见的两固体(灰体1、2 )相互辐射传热的过 程，是两者之间辐射能的反复发射和反射过程 。两固体
间辐射换热的总结果为温度较高的物体传递给温度较低 物体的净热量。
（2）实际物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。
（3）物体的吸收率等于同温度下该物体的黑度。
E A
E1 A1
E2 A2
En An
Eb
该式在太阳辐射
A E / Eb
E / Eb
A
吸收中不适用
上式即为基尔霍夫定律表达式。
2020/10/3
第二节 固体壁面之间的辐射换热
一、角系数
物体间的辐射换热量除与物体的表面温度和黑度有关 外，还与物体换热表面的几何形状、大小及相对位置有关。
辐射换热
2020/10/3
学习导引
热辐射的传热现象与导热、热对流相比有着 本质的区别。物体之间以热辐射的形式实现热量 交换的现象称为辐射换热。本章主要介绍热辐射 的本质、特点及其有关的基本概念，阐述了热辐 射的两个基本定律，最后引入角系数的概念，并 延伸到两固体壁面间的辐射换热计算。
热工与流体力学基础第3章
强化传热技术在换热器中应用前景展望
表面处理技术
通过改变换热器表面形貌、 增加表面粗糙度等方法， 提高表面传热系数，增强 传热效果。
添加物技术
在流体中添加适量纳米颗 粒、表面活性剂等物质， 改变流体物性，提高传热 系数和换热效率。
新型换热器开发
研发具有高效传热、低能 耗、环保等特点的新型换 热器，满足不断升级的能 源利用和环保要求。
与外界只有能量交换而无物质交换的 系统。
热力学基本定律及性质
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处 于热平衡。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转 换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第二定律
对流传热机制
01
流体流过固体表面时，由于流体质点的移动和混合引起的热量
传递。
影响因素
02
流体的物理性质（如密度、粘度、导热系数等）、流动状态
（层流或湍流）、流动速度、固体表面的形状和粗糙度等。
强化与削弱对流传热的措施
03
改变流动状态、增加流体速度、改变固体表面形状和粗糙度等。
辐射传热原理及特点阐述
流体静力学原理及应用
流体静力学原理
流体静力学是研究流体在静止状态下的力学规律，包括压力、密度和重力等基 本概念。静止流体中任一点的压力由该点上方流体的重量决定，且在同一水平 面上各点的压力相等。
应用举例
流体静力学原理在工程中有广泛应用，如液压传动、水利工程中的水压计算、 气象学中的大气压力分布等。
通过实验手段对优化设计方案进行验证和性能评 估，确保优化效果的可靠性和实用性。
热工基础教学配套课件张红霞第03章流体动力学
湿周和水力半径
• 湿周：在总流的有效截面上，流体同固体 边界接触部分的长度。
• 水力半径：总流的有效截面积与湿周之 比。（Rh＝A/L）
（a）
（b） 湿周
（a）L πd （b）L AB BC CD
（c）
（c） L ABC
6/2
尚辅教学配套课件
当量直径
• 当量直径：工程上为方便，通常将非圆形 截面的管道折算成圆形截面管道计算，找
方程为
n
m
qVi qVj
i 1
j 1
6/2
尚辅教学配套课件
第四节 流体稳定流动总流的能量方程
一、无粘性流体的能量方程
• 假设条件： • 无粘性流体: 流动中无机械能损失 • 不可压缩流体：密度为常量 • 稳定流动：运动参数不随时间改变 • 沿同一微元流束，也就是沿流线 • 质量力只有重力 • 与外界无能量交换
• 二维流动：流动参数在某些情况下，仅 是两个坐标的函数的流动。
• 一维流动：流动参数是一个坐标的函数
的流动。
y
平均流速
x
x
6/2
尚辅教学配套课件
内流和外流 • 内流：流体在固体边界面内部流动
如：流体在管道或明渠中流动
• 外流：流体在固体边界面外部流动
如：飞机在大气中飞行，船舶在水面上 航行。
6/2
6/2
尚辅教学配套课件
稳定流动实际应用举例
• 供水和通风系统中，泵和风机的转 速不变，运转稳定，水管和风道中 的流体都是稳定流动。
• 火电厂中，锅炉和汽轮机都稳定在 某一工况下运行时，主蒸汽管道和 给水管道中的流体流动是稳定流 动。
6/2
尚辅教学配套课件
一维流动、二维流动和三维流动
• 湿周：在总流的有效截面上，流体同固体 边界接触部分的长度。
• 水力半径：总流的有效截面积与湿周之 比。（Rh＝A/L）
（a）
（b） 湿周
（a）L πd （b）L AB BC CD
（c）
（c） L ABC
6/2
尚辅教学配套课件
当量直径
• 当量直径：工程上为方便，通常将非圆形 截面的管道折算成圆形截面管道计算，找
方程为
n
m
qVi qVj
i 1
j 1
6/2
尚辅教学配套课件
第四节 流体稳定流动总流的能量方程
一、无粘性流体的能量方程
• 假设条件： • 无粘性流体: 流动中无机械能损失 • 不可压缩流体：密度为常量 • 稳定流动：运动参数不随时间改变 • 沿同一微元流束，也就是沿流线 • 质量力只有重力 • 与外界无能量交换
• 二维流动：流动参数在某些情况下，仅 是两个坐标的函数的流动。
• 一维流动：流动参数是一个坐标的函数
的流动。
y
平均流速
x
x
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尚辅教学配套课件
内流和外流 • 内流：流体在固体边界面内部流动
如：流体在管道或明渠中流动
• 外流：流体在固体边界面外部流动
如：飞机在大气中飞行，船舶在水面上 航行。
6/2
6/2
尚辅教学配套课件
稳定流动实际应用举例
• 供水和通风系统中，泵和风机的转 速不变，运转稳定，水管和风道中 的流体都是稳定流动。
• 火电厂中，锅炉和汽轮机都稳定在 某一工况下运行时，主蒸汽管道和 给水管道中的流体流动是稳定流 动。
6/2
尚辅教学配套课件
一维流动、二维流动和三维流动
热工基础ppt课件
和破坏力非常大，每年因污染造成的经济损 失在1000亿元以上
能源供需矛盾十分突出
节能
.
7
热能的利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。*
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17,
1903 .They opened the era of aviation.
.
18
活塞，汽轮机，火箭引擎 Piston, Gas Turbine & Rocket Engines
.
19
热电厂 Power Plants
.
3
0-1 能量与能源
能量
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。
能量是人类社会进步的动力。
.
4
能量的主要形式 :
机械能 : 物体的动能与势能； 热能 ：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉
及化学变化和核反应的热力学能，也称为内 热能；
电能 ：与电荷的运动和积蓄有关的能量； 化学能 ：通过化学反应释放的能量； 核能 ：通过核反应释放的能量； 辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。
.
20
Air Conditioning
.
21
能量转换装置工作过程简介
1、蒸汽动力装置 2、内燃机
能源供需矛盾十分突出
节能
.
7
热能的利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。*
燃料电池
氢、酒精等二次能源
电能
机械能 辐射能
光电池
发电机
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
flown by them at Kitty Hawk, North Carolina December 17,
1903 .They opened the era of aviation.
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18
活塞，汽轮机，火箭引擎 Piston, Gas Turbine & Rocket Engines
.
19
热电厂 Power Plants
.
3
0-1 能量与能源
能量
能量是物质运动的度量。 世界是由物质构成的，一切物质都处于 运动状态，所以一切物质都具有能量。
能量是人类社会进步的动力。
.
4
能量的主要形式 :
机械能 : 物体的动能与势能； 热能 ：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉
及化学变化和核反应的热力学能，也称为内 热能；
电能 ：与电荷的运动和积蓄有关的能量； 化学能 ：通过化学反应释放的能量； 核能 ：通过核反应释放的能量； 辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。
.
20
Air Conditioning
.
21
能量转换装置工作过程简介
1、蒸汽动力装置 2、内燃机
流体力学与热工学基础 教学 作者 刘晓红 徐涛 主编 流体静压力基本方程及其应用PPT课件
帕斯卡定律只适用于不可压缩流体不能适用于可压缩的气体图3215静压力传递规律3等压面平衡流体中压力相等的点所组成的的面等压面的性质作用于静止流体中的任一点的质量力必垂直于过该点的等压面如
由静力平衡条件有：
即：
p0dF ghdF pdF 0
p p0 —g—h 不可压缩流体静力学基本方程。
意义：表明静止流体中任一点的静压力，由自由表面压力p0 和液柱重量ρgh两部分组成。
1
h2 h1
p0
h
a
第5页/共11页
p0
p01
h1
1
h
c
b
Ad
p02
B h2 e
２，帕斯卡定律
内容：在平衡液体内，其液面或任一点的压力或压力将
均匀地传到液体内每一点上去，且其值不变。
——液压传动原理
例子：液压放大器——千斤顶、水压机。
P2
pF2
P1
F2 F1
即：
P2 F2 P1 F1
P1
P2
相当于将P1放大了F2/F1倍。 帕斯卡定律只适用于不
同样情况下，开口测压管水头值比闭口测压管水头值小10m 水柱。
第4页/共11页
三、静力学基本方程的应用 １，连通器中液体的平衡 规律：连通器同一种流体的同一水平面上的压力相等。
p1 gh1 p2 gh2
即：
h h2
h1
p1 p2 g
应用：
1）锅炉水位计
pa2）h1液1体g 密p度a 测量h2 g
pA 1gh1 气体
• 2）压差计——用于测量两点之间的静压差。
B
Z
A
h2
h2
h1
h1
Z
(a)空气压差计
由静力平衡条件有：
即：
p0dF ghdF pdF 0
p p0 —g—h 不可压缩流体静力学基本方程。
意义：表明静止流体中任一点的静压力，由自由表面压力p0 和液柱重量ρgh两部分组成。
1
h2 h1
p0
h
a
第5页/共11页
p0
p01
h1
1
h
c
b
Ad
p02
B h2 e
２，帕斯卡定律
内容：在平衡液体内，其液面或任一点的压力或压力将
均匀地传到液体内每一点上去，且其值不变。
——液压传动原理
例子：液压放大器——千斤顶、水压机。
P2
pF2
P1
F2 F1
即：
P2 F2 P1 F1
P1
P2
相当于将P1放大了F2/F1倍。 帕斯卡定律只适用于不
同样情况下，开口测压管水头值比闭口测压管水头值小10m 水柱。
第4页/共11页
三、静力学基本方程的应用 １，连通器中液体的平衡 规律：连通器同一种流体的同一水平面上的压力相等。
p1 gh1 p2 gh2
即：
h h2
h1
p1 p2 g
应用：
1）锅炉水位计
pa2）h1液1体g 密p度a 测量h2 g
pA 1gh1 气体
• 2）压差计——用于测量两点之间的静压差。
B
Z
A
h2
h2
h1
h1
Z
(a)空气压差计
热工与流体力学基础最新版教学课件第1章 热力学基本概念
1.5 功量和热量
p
.
1
准静态容积变化功的说明
1）单位为 [kJ] 或 [kJ/kg]
. 2
V
2） p-V 图上用面积表示
3）功的大小与路径有关 功 是过程量 w
4）统一规定：dV>0，膨胀 对外作功（正） dV<0，压缩 对内作功（负）
5）适于准静态下的任何工质（一般为流体）
6）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别
Wl—摩擦耗功； Wr＿排斥大气功。
1.5 功量和热量
用外部参数计算不可逆过程的功
不计活塞质量
? 2
W pdV 过程不可逆，p、V关系未知 1
W p0 AH p0 V
p0A 被移动了H
如果面上的反力为恒值， 则可用外部参数计算过程 体积变化功。
1.5 功量和热量
三、热量（heat）
t T 273.15
C
K
温度的数值表示法： 温度的数值表示法称为温度标尺或温标。工程上
常用摄氏温标（公制单位）和华氏温标（英制单位）。 ①摄氏温度规定：标准大气压下纯水的冰点为0℃，
汽点为100℃。 ②华氏温标规定：标准大气压下纯水的冰点为320F，
汽点为2120F，换标关系： [t(℃)-0]/(100-0)=[t(0F)-32]/(212-32) t(0F)=9/5 t(℃)+32
则外界、活塞、系统
p
p外 不能同时恢复原态。
1
2
1.4 准静态过程、可逆过程
典型的不可逆过程
•不等温传热
•自由膨胀
T1
Q
T1>T2
T2
•• ••
• ••
•• •
•• ••
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学11第十章-对流换热、单相流体
1）热导率，W/(mK)， 愈大，流体导热热阻愈小，
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
2
对于局部对流换热， qxhxtwtfx
u y
(e) 流体无内热源，忽略粘性耗散产生的耗散热。
(f) 二维对流换热。
紧靠壁面处流体静止，
热量传递只能靠导热，
qx
t y
流体导热系数
y0,x
11
按照牛顿冷却公式
qxhxtwtx
t y
qx
y0,x
hx
tw
tx
t y
y0,x
比较x 和y方向的动量微分方程
u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
v u v xv v y F y p y x 2 v 2 y 2 v 2
a
2t y2
24
简化后的方程组只有3个方程，但含有4个未知量，方
程组不封闭。由于忽略了y方向的压力变化，使边界层
内压力沿x方向变化与主流区相同，可由主流区理想流
对流换热愈强烈；
2）密度，kg/m3 3）比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移的热量愈多，对 流换热愈强烈；
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
1
10-1 概述
1. 牛顿冷却公式
= A h( tw－tf ) q = h( tw－tf )
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的流体 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
2
对于局部对流换热， qxhxtwtfx
u y
(e) 流体无内热源，忽略粘性耗散产生的耗散热。
(f) 二维对流换热。
紧靠壁面处流体静止，
热量传递只能靠导热，
qx
t y
流体导热系数
y0,x
11
按照牛顿冷却公式
qxhxtwtx
t y
qx
y0,x
hx
tw
tx
t y
y0,x
比较x 和y方向的动量微分方程
u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
v u v xv v y F y p y x 2 v 2 y 2 v 2
a
2t y2
24
简化后的方程组只有3个方程，但含有4个未知量，方
程组不封闭。由于忽略了y方向的压力变化，使边界层
内压力沿x方向变化与主流区相同，可由主流区理想流
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hw12
0
H 1 gp2 p1p v22 2g
hw12
流体力学基础
3、损失水头的计算
hf 沿程水头损失：流体在流动过程中克服粘性阻力而损
hw
失的能量，流程越长，所损失的能量越多。
h
j
局部水头损失：流体流经一些管件，在其附近的局 部范围内发生流体微团的碰撞、以及漩涡等造成的
流体力学基础
4、往复式压缩机 （1） 特点
运转速度较慢，中、低速运转 新型可改变活塞行程，适应不同负荷情况 适应范围广，海洋、内陆 效率高，超过95% 可靠性高，容易维护 立式：无油润滑 卧式：排量大，运转平稳
流体力学基础
（2） 工作过程 1．进气过程4-1 2．压缩过程1-2 3．排气过程2-3
z1
p1 g
z2
p2 g
p p0 gh
流体力学基础
2、静止流体作用在平面的力
（1） 总压力的方向
总压力的方向垂直于受压的平面
（2） 总压力的大小
F ghC A
（3） 总压力的作用点
yD
y 2 dA
A
yc A
Ix yc A
yc
Ic yc A
h hC h
D
y yC y
LNG是天然气经过净化之后，通过压缩升温，在混合致冷剂 的作用下，冷却移走热量，并除去其中的氮气、二氧化碳、 固体杂质、硫化物和水，再节流膨胀而得到-162℃的以液态 形式存在的LNG。经过这一过程，天然气体积缩小了600倍。
天然气液化后，为维持其低温状态，必须用特殊冷冻船运送 到买方接收站，并经由卸料臂送到低温储存，经由海水汽化 装置，将低温液态天然气复原为常温气态天然气，然后经由 管线，将天然气输送到发电厂、工厂及家庭用户使用。
z2
p2 g
v22 2g
体 实际流体都有粘性，在流动过程中，必然存在着流动损
） 失，因此，对于实际流体有：
z1
p1 g
v12 2g
z2
p2 g
v22 2g
hw12
流动损失
流体力学基础
相应地，对于可压缩流体（气体），上式可写为
z2 z1
1 g
p2 p v22 v12
hw12
同理，对于可压缩流体：
H
z2
z1
1 g
p2 p1
p
v22 v12 2g
hw12
流体力学基础
伯努利方程的应用步骤可归纳为：“三选一列”
1）选择基准面；
2）选择计算断面； 3）选择计算点；
1
2
4）列伯努利方程。
例：
0
H
z2
z1
1 g
p2 p1
p
v22 v12 2g
流体体积随着压力的增大而缩小的性质。可用压缩系
数表示流体压缩性的大小。
压缩系数： 单位压力增加所引起的体积相对变化量
p
V /V p
(m2 / N)
若流体的压缩系数很小，很难被压缩，则可称之为不可压缩流 体，一般液体很难被压缩。而气体容易被压缩，当作可压缩流体 处理。
（3）流体的膨胀性
流体体积随着温度的增大而增大的性质。可用体胀 系数表示流体压缩膨胀性的大小。
液体与气体的区别： ➢液体的流动性小于气体，很难压缩； ➢液体具有一定的体积，并取容器的形状；气体充满任 何容器，而无一定体积；气体可以压缩。
CNG（压缩天然气）：天然气加压并以气态储存在容器中
LNG（液化天然气）：通过在常压下气态的天然气冷却至-162℃， 使之凝结成液体储存在容器中。
流体力学基础
活塞泵原理图
流体力学基础
4、离心式压缩机 （1） 特点
转速高、排量大、体积小 新型流线型叶轮确保气体流道平滑、运转平稳 效率80%~90% 壳体型式：整体型、分开型 单级、多级 轴封型式：机械接触密封、气体密封、浮动碳环密封
流体力学基础
（2） 工作原理 叶轮旋转，叶片迫使流体旋转对
D
流体力学基础
三、流体动力学基础
1、连续性方程：质量守恒定律对流体运动的基本约束
一元流动的连
2 v2
续性方程
A2
v1A1 v2 A2 Q
1
2
说明：连续性方程确定了一元总流在 稳定流动条件下，沿流程体积流量保 持不变，为一常数；而平均流速与过 流断面面积成反比，断面大流速小， 断面小流速大。
站主管道上） 安全装置 消防系统
内容提纲
• LNG技术简介 • 流体力学基础 • 热力学及传热学基础 • 低温技术基础
流体力学基础
流体力学：研究流体的平衡和力学运动规律及其应用的科学。
一、流体的概念及性质
1、流体的定义 流体：受任何微小的剪切力都会发生连续变形的物质。 流体包括液体和气体
LNG
LNG技术简介
工 业 链
LNG
LNG技术简介
接 收 终 端 （ 站 ）
LNG技术简介
城镇LNG气化站工艺流程
LNG技术简介
LNG气化站内的主要设施
固定式LNG储罐（金属罐、混凝土罐） 围堰及排放系统 LNG气化器 泵和压缩机 测量仪表（液位、压力、真空、温度） 可燃气体报警装置 紧急关闭系统（储罐液相进出口、气化器进口、出
流体力学基础
四、泵的气蚀
1、形 成： 机械侵蚀 内向爆炸性冷凝冲击，微细射流→疲劳破坏 化学腐蚀 汽泡溃灭→活性气体→凝结热→腐蚀性破坏
流体力学基础
2、对泵运行的危害
（1）缩短泵的使用寿命：粗糙多孔→显微裂纹→蜂窝状 或海绵状侵蚀→呈空洞。
（2）产生噪声和振动：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动 →互相激励→汽蚀共振。
体胀系数： 单位温度增加所引起的体积相对变化量
t
V /V t
(1/ K )
流体力学基础
（4）流体的粘性 流体内部各流体微团之间发生相对运动时，流体内部会产
生摩擦力阻力（即粘性力）的性质。
流体粘性大小的可用粘度 来度量。
(1) 动力粘度
(Pa s)
(2) 运动粘度
(m2 / s)
流体力学基础
➢温度对流体粘度的影响很大
粘度
液体
气体
当温度升高时，液体的粘度减小，气
体的粘度增大。
o
气体
温度
理想流体：忽略粘性的流体（μ=0）。一种理想的流体模型。
流体力学基础
二、流体静力学基础
1、重力场中流体内部的压强分布
z p C g
位压 总 势强 势 能势 能
能
在重力作用下的连续均质不可压缩静 止流体中，各点的单位重力流体的总势 能保持不变。
p1
2g
hw12 0
当所选断面之间有能量的输入（如泵）时，需加上这个
能量，即：
z1
p1 g
v12 2g
H
z2
p2 g
v22 2g
hw12
不可压缩流体
式中H为泵的扬程。
由此可计算流体从泵或者压缩机获取的压头
H
z2
z1
p2 p1 g
v22 v12 2g
Re1 Re Re 2 Re 2 Re
0.11 68 k 0.25
Re D
0.067 2k 0.2
D
摘自李长俊教授编写的《天然气管道输送》
流体力学基础
表中：Re vD
Re1
59.7
3
2k 7 D
Re2
11 2k 1.5
（3）影响泵的运行性能：断裂工况（汽泡堵塞流道）；潜 伏性汽蚀（易被忽视）。
那么泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？
流体力学基础
泵吸入口真空计或压强计
吸水池液面e-e
3、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定
列吸水池液面e-e及泵入口断面s-s之间的伯努利方程有：
0
pe
g
0
Hg
ps
阻力而损失的能量。
（1）沿程水头损失的计算：（达西公式）
hf
L d
v2 2g
式中 为沿程阻力系数（水力摩阻系数）。
流体力学基础
的获取方法（根据经验公式）：
流态
雷诺数
经验公式
层流
Re 2000
64
Re
水力光滑
3000 Re Re1
0.1844 Re0.2
过渡粗糙 水力粗糙
D
其中：k为管壁绝对粗糙度的平均值（mm）
（2）局部水头损失的计算：（包达公式）
hj
v2 2g
式中 为局部阻力系数（局部摩阻系数）。
流体力学基础
的获取方法（查取相关表格）：
摘自袁恩熙教授编写的《工程流体力学》（部分）
流体力学基础
4、管道的水力计算 （1）三类计算问题
简单管道的水力计算是其它复杂管道水力计算的基础。
为了保证泵不发生汽蚀，把Hsmax减去一个安全量K, 作为 允许吸上真空高度而载入泵的产品样本中，并用[Hs]表示，即：
[Hs]=Hsmax―0.3
流体力学基础
H g
H s