1 流体力学及传热学基础知识
(完整版)流体力学知识点总结汇总
流体力学知识点总结 第一章 绪论1 液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。
2 流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。
3 流体力学的研究方法：理论、数值、实验。
4 作用于流体上面的力（1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。
作用于A 上的平均压应力作用于A 上的平均剪应力应力法向应力切向应力（2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。
（常见的质量力：重力、惯性力、非惯性力、离心力）单位为5 流体的主要物理性质 （1） 惯性：物体保持原有运动状态的性质。
质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。
常见的密度（在一个标准大气压下）： 4℃时的水20℃时的空气（2） 粘性ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力周围流体作用的表面力切向应力A P p ∆∆=A T ∆∆=τAF A ∆∆=→∆lim 0δAPp A A ∆∆=→∆lim 0为A 点压应力，即A 点的压强 ATA ∆∆=→∆lim 0τ 为A 点的剪应力应力的单位是帕斯卡（pa ），1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。
B Ff m =2m s 3/1000mkg =ρ3/2.1mkg =ρ牛顿内摩擦定律： 流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。
即以应力表示τ—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。
由图可知—— 速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度） 粘度μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa ·s ”。
动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，流体越粘，流动性越差。
运动粘度 单位：m2/s 同加速度的单位说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。
2）液体 T ↑ μ↓ 气体 T ↑ μ↑ 无黏性流体无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。
无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。
工程热力学和传热学和流体力学初级
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2.状态参数分类
强度量 尺度量
压力、温度 比容、热力学能（内能）、焓、熵
基本参数 导出参数
压力、温度、比容 热力学能（内能） 、焓、熵
（√）状态参数的变化只与系统的初、终状态有关，而与变 化途径无关。 （×）功也是状态参数，其变化只与系统的初、终状态有关。 （×）热量是状态参数，其变化只与系统的初、终状态有关。
热量多于定容过程吸收热量。
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第四节 混合气体
工程实际应用的气体通常是混合气体，如空气、 烟气等等。混合气体的性质取决于各组分气体的成 份及热力性质。
混合物的性质与各种混合物的性质以及各组元在整个 混合物中所占的份额有关。
35
一、混合气体分压力和道尔顿分压力定律
分压力是各组成气体在混合气体的温度下单独 占据混合气体的容积时所呈现的压力。
p1v1 p2v2
p1V1 p2V2
2.查理斯定律
对于一定量的理想气体，当比容（或容积）不变时，压
力与绝对温度成反比。
p1 p2 T1 T2
3.给•吕萨克定律
对于一定量的理想气体，当比容（或容积）不变时，压
力与绝对温度成反比。V1 V2 或 v1 v2
T1 T2 T1 T2
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4.理想气体状态方程的另外一种表示
（√）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
例如：
电站锅炉的水蒸气 燃烧形成的烟气 气缸中的燃气
流体力学知识重点全
流体力学知识点总结流体力学研究流体在外力作用下的宏观运动规律流体质点：1.流体质点无线尺度,只做平移运动2.流体质点不做随即热运动,只有在外力的作用下作宏观运动；3.将以流体质点为中心的周围临街体积的范围内的流体相关特性统计的平均值作为流体质点的物理属性；流体元：就有线尺度的流体单元,称为流体“质元”,简称流体元.流体元可看做大量流体质点构成的微小单元.连续介质假设：假设流体是有连续分布的流体质点组成的介质.连续性介质模型的内容：根据流体指点概念和连续介质模型,每个流体质点具有确定的宏观物理量,当流体质点位于某空间点时,若将流体质点的物理量,可以建立物理的空间连续分布函数,根据物理学基本定律,可以建立物理量满足的微分方程,用数学连续函数理论求解这些方程,可获得该物理量随空间位置和时间的连续变化规律.分子的内聚力：当两层液体做相对运动时,两层液体的分子的平均距离加大,分子间的作用力变现为吸引力,这就是分子的内聚力.液体快速流层通过分子内聚力带动慢流层,漫流层通过分子的内聚力阻滞快流层的运动,表现为内摩擦力.、流体在固体表面的不滑移条件：分子之间的内聚力将流体粘附在固体表面,随固体一起运动或静止.牛顿流体：动力粘度为常数的流体称为牛顿流体.牛顿的粘性定律表明：牛顿流体的粘性切应力与流体的切变率成正比,还表明对一定的流体,作用于流体上的粘性切应力由相邻两层流体之间的速度梯度决定的,而不是由速度决定的：温度对粘度的影响：温度对流体的粘度影响很大.液体的粘度随温度升高而减小,气体的粘度则相反,随温度的升高而增大.压强对粘性的影响：压强的变化对粘度几乎没有什么影响,只有发生几百个大气压的变化时,粘度才有明显改变,高压时气体和液体的粘度增大.毛细现象：玻璃管内的液体在表面张力的作用下液面升高或降低的现象称为毛细现象；描述流体运动的两种方法拉格朗日法：拉格朗日法又称为随体法.它着眼于流体质点,跟随流体质点一起运动,记录流体质点在运动过程中会各种物理量随所到位置和时间的变化规律,跟中所有质点便可了解整个流体运动的全貌.欧拉法：欧拉法又称当地法.它着眼于空间点,把流体的物理量表示为空间位置和时间的函数.空间点的物理量是指,某个时刻占据空间点的.流体质点的物理量,不同时刻占据该空间点的流体质点不同.速度场：速度场是由流体空间各个坐标点的速度矢量构成的场.速度场不仅描述速度矢量的空间分布,还可描述这种分布随时间的变化.定常流动：流动参数不随时间变化的流动.反之,流体参数随时间变化的流动称为不定长流动.迹线：流体质点运动的轨迹.在流场中对某一质点作标记,将其在不同时刻的所在位置点连成线就是该流体质点的迹线.流线：流线是指示某一时刻流场中各点速度矢量方向的假象曲线.流面：经过一条非流线的曲线上各点的所有流线构成的面.对于定常流场,流线也是迹线.脉线：脉线是相继通过某固定点的流体质点连城的线.流体线：在流场中某时刻标记的一串首尾相连接的流体质点的连线,称为该时刻的流体线.由于这一串流体质点由同一时刻的标记,每一个质点到达下一时刻的流体线位置时间相同,因此又称为时间线.流管：在流场中由通过任意非流线的封闭曲线上每一点流线所围成的管状面称为流管.流束：流管内的流体称为流束.总流：工程上还将管道和管道壁所围成的流体看做无数微元流束的总和,称为总流.恒定流：以时间为标准,若各空间点上的流动参数速度、压强、密度等皆不随时间变化,这样的流动是恒定流,反之为非恒定流.均匀流：若质点的迁移加速度为零,即流动是均匀流,反之为非均匀流.内流：被限制在固体避免之间的粘性流动称为内流.外流：外流通常是指流体对物体的外部绕流,固体壁面对流动的影响通常局限在有限的范围内,流场可以使无限的.按照流场中涡量是否为零,可以讲流体分为无旋流动和有旋流动.系统：是指一群确定的流体质点,在运动过程中系统的形状,体积,表面积可以不断的改变,但是要始终包含这些确定的流体质点.所有流体质点物理量的总和称为系统的物理量,更准确的应称为系统的广延量.系统的广延量随时间的变化率称为系统导数.控制体：流场中人为选定的空间几何区域.它的边界面称为控制面.流体的连续性原理：按照拉格朗日的观点,一个流体系统所包含的流体物质质量在流动过程中始终保持不变；按照欧拉的观点,如果流体的密度不变不可压缩流体,流进控制体的物质质量应该等于流出控制体的物质质量.通常将后者称为连续性原理.伯努力方程的适用条件：1. 无粘性流体.2. 不可压缩流体.3. 定长流动.4. 沿流线；沿总流的伯努力的方程适用条件：1.无粘性流体.2. 不可压缩流体.3. 定常流动.4. 沿流束,并且计算截面符合缓变流条件.非均匀流：分为渐变流和急变流,流体质点的迁移加速度很小的流动或是流线近于平行直线的流动定义为渐变流,反之为急变流均匀流的性质对于渐变流近似成立的原因：1、渐变流的过流断面近于平面,面上各点的速度方向近于平行; 2、渐变流过流断面上的动压强与静压强的分布规律相同湍流：湍流运动是各种大小和不同涡量的涡旋叠加而形成的流动,在湍流运动中随即和逆序运动并存.粘性影响区域：由壁面不滑移条件,在物体周围形成从物体熟读为零到外流速速梯度的区域.空化：液体内局部压强降低到液体的饱和蒸气压时,液体内部或液固交界面上出现的蒸气或气体空泡的形成、发展和溃灭的过程 .空蚀：当流场低压区产生的空泡运动到高压区时,或者局部流场由低压周期性的变为高压时,空泡将发生溃灭；液体中运动物体受空化冲击后,表面出现的变形和材料剥蚀现象,又称剥蚀或气蚀.空蚀的两种破坏形式：1.当空泡离壁面较近时,空泡在溃灭是形成的一股微射流连续打击壁面,造成直接损伤；2.空泡溃灭形成冲击波的同时冲击壁面,无数空泡溃灭造成连续冲击将引起壁面材料的疲劳破坏；边界层：当Re1时,粘性影响区域缩小到壁面区域狭窄的区域内称为边界层.边界层特点：1. 厚度很小；2. 随着沿平板流的深入,边界层的厚度不断增长；边界层分离：边界层分离又称流动分离,是指原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象.声速：声速是弹性介质中微弱扰动传播速度的总称.其传播速度金和仅和戒指的弹性和质量之比有关.激波：理论分析和实验都表明,当一个强烈的压缩扰动在超声速流场中传播是,在一定条件下降形成强压波阵面,称为激波.范诺线：1. 当Ma=1时,ds=0,表示范诺线在最大熵值点上的速度达到声速；2. 当Ma<１,时ds与dT异号,表示温度下降时,比熵增大,状态沿范诺线上半支按顺时针方向进行.亚声速流在绝热摩擦管中加速,但是最多达到声速Ma=1,流动中温度、压强、密度均降低,总压也降低.、3. 当Ma>1时,ds与dT同号,表示温度上升时,比熵也增大,状态沿范诺线的下半支按照逆时针的方向进行.超声速在绝热摩擦管中减速,但是最多达到声速Ma=1,流动中的温度、压强、密度均增大,总压降低.绝热摩擦管中的雍塞现象实际管长L>Lmax时将会发生雍塞现象.1.对于亚声速流,雍塞造成的压强扰动可以向上游传播至入口,使入口发生溢流,直至出口截面正好是临界截面为止.2.对于超声速流,雍塞在管中产生激波,激波后变成亚声速流,使临界截面移至出口截面处.激波的位置视雍塞的严重条件而定,特别严重时激波的位置甚至发生在出口截面之前,形成溢流,是流量减少.瑞利线：1. 对于亚声速流Ma<1, 加热dq>0,将会引起流动加速dV>0,但是最多加速到Ma=1顺时针方向沿瑞利线上半支；2. 对于超声速流Ma>1, 冷却dq<0将会引起流动进一步加速dV>0顺时针方向沿瑞利线下半支,反之亦然.加热造成的雍塞现象：1.对于亚声速流,压强扰动逆向传至进口截面,造成溢流使流量减小；2.对于超声速流,雍塞在管中产生激波,时总压损失更大,激波向上游推移,这个过程直至进口截面前才停止.超声速气流先通过激波变成亚声速流,然后再造成溢流,减少流量后才能通过管道.多普勒效应：由于传来的声波的疏密不同,位于不同位置上的观察着将听到不同频率的声音,这种现象称为多普勒效应.马赫锥：流体以超声速流动时,此时马赫波不再保持平面,而是以O为顶点的向流场速度方向的扩张圆锥面,从点声源发出的球形压强的波阵面均与圆锥相切,该圆锥面称为马赫锥 ,母线称为马赫线,圆锥的半锥角称为马赫角；超声速流场的基本特征：在超声速流场中微弱的扰动波的传播是有界的；水头损失的的构成：1.沿程损失,是沿等截面管流动时管壁切应力引起的摩擦损失；2.局部损失,是由1.截面变化引起的速度的重新分布；2. 流体元相互碰撞和增加摩擦；3.二次流；4,流动分离形成漩涡等原因引起的损失.加速度公式的物理意义：B点加速度=B点速度随时间的变化率B的当地变化率+B因空间位置的差异而引起的变化率B点的沿各个轴方向的迁移变化率N-S方程的物理意义：质量×加速度惯性力=体积力+压差力压强梯度+粘性力粘性切应力的散度伯努力方程的物理意义：速度水头+位置水头+压强水头=总水头位置水头+压强水头=测压水头亥姆霍兹速度分解定律意义：M0点领域的另一点M的速度=M0点的速度+流体旋转+线应变速率+角变形速率引起的相对速度常用的流动分析方法：1.基本的物理定律质量守恒定律、牛顿运动定律动量和动量矩守恒定律、热力学第一定律能量守恒定律2.系统和控制体分析法；3.微分与积分的方法；4.量纲分析法；。
流体力学与传热学-1
2、连续介质假设（1753年欧拉）
假定流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连续不断的流体质点所构 成的一种绝无间隙的连续介质。 流体状态的宏观物理量如速度、压强、密度、温度等都可以作为空间和 时间的连续函数
§1.4 流体的主要物理性质
1、流体的密度与重度
密度： 单位体积内流体的质量
lim
流体之间或流体与固体之间的相互作用力；
流动过程中动量、能量和质量的传输规律等。
2、流体力学的发展简况 1、经验阶段（十七世纪前）
大禹治水 4000多年前的大禹治水 古代已有大规模的治河工程。 (公元前256～210年) 秦代，修建了都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程对明槽水流和堰 流流动规律的认识已经达到相当水平。 (公元前156～前87） 西汉武帝时期，为引洛水灌溉农田，在黄土高原上修建了龙首渠 创造性地采用了井渠法，即用竖井沟通长十余里的穿山隧洞，有效地防 止了黄土的塌方。 真州船闸（960-1126） 北宋时期，在运河上修建的真州船闸与十四世纪末荷兰的同类船相 比,约早三百多年。
两层气体之间的黏性力主要由分子动量交换形成
一般仅随温度变化，液体温度升高黏度减小，气体温度升高黏度增大。
8) 黏性流体和理想流体
黏性流体 实际中的流体都具有粘性，因为都是由分子组成，都存在分子间的 引力和分子的热运动，故都具有黏性。 理想流体（假想没有黏性的流体） 一些情况下基本上符合粘性不大的实际流体的运动规律，可用来描 述实际流体的运动规律，如空气绕流圆柱体时，边界层以外的势流就可 以用理想流体的理论进行描述。 还由于一些黏性流体力学的问题往往是根据理想流体力学的理论进 行分析和研究的。 再者，在有些问题中流体的黏性显示不出来，如均匀流动、流体静 止状态，这时实际流体可以看成理想流体。
热学和流体力学的基础概念和应用案例
热学和流体力学的基础概念和应用案例热学和流体力学，是物理学的两个基础分支。
热学主要研究物体的温度、热量和能量转化等问题；而流体力学则主要研究流体的运动规律、流体静力学、流体动力学等问题。
这两个学科在现代工程学、化工、航空、能源等领域中有着广泛的应用。
一、热学基础概念1. 温度温度是人们对物体热度大小的直观感受，也是一个物体内部分子运动无序程度的表现。
温度的单位是开尔文（K）或摄氏度（℃）。
2. 热量热量是物体内部分子振动、传递、旋转和其他运动方式所携带的能量。
热量的单位是焦耳（J）。
3. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的一个具体表现，它阐述了热量从一个系统传递到另一个系统时，能量的守恒原则。
热力学第一定律的表述是：在一个孤立系统中，当系统与外界发生能量交换时，系统内能量的变化等于外界对系统进行的功加上系统所吸收的热量。
二、流体力学基础概念1. 流体的物理性质流体的物理性质包括流体的密度、粘度、压强等。
研究流体物理性质是流体力学的一个重要分支。
2. 流量流量是流体在单位时间内通过某一部分表面的体积。
流量的单位通常是立方米每秒（m³/s）。
3. 斯托克定律斯托克定律是描述流体中颗粒运动规律的一个公式，它是由英国物理学家斯托克发明的。
斯托克定律的表述是：在流体中，颗粒的终端速度与颗粒体积、密度、介质粘度以及所受的重力有关。
三、热学与流体力学的应用案例1. 热量传导热量传导是热学中的一个基本概念，它是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
在工程实践中，热量传导应用非常广泛。
例如，我们可以通过热传导来加热水，热水可以被用于家用、工业和其他许多领域。
2. 流体的运动规律研究流体的运动规律在工业、航空、航海等领域有广泛的应用。
例如，在飞机领域，通过研究流体的运动规律可以确定机翼的设计，使得机翼能够更好地升力，使飞机更加稳定飞行。
在汽车工业中，研究气流的运动规律可以优化汽车车身的设计，让汽车风阻更小、油耗更低。
1.1流体力学基本知识
Z1 , Z 2 位置水头, 单位重量液体的位能 ; P P2 1 ， 压强水头; g g
2 1v12 2 v2
， 流速水头； 2g 2g
hw1 2 过流断面 1 - 2的水头损失；
动能修正系数。
总水头线
P αv2 Z ρg 2 g
:各端面上的总水头顶点连成的一条线
实验条件：液面高度恒定 水温恒定
雷诺实验
当水流速较低时
明晰的细小着色流束
不与周围的水混合 管内的整个流场呈一簇互相平行的流线
层流
雷诺实验
水的流速逐渐增大
开始时着色流束仍呈清晰的细线。 流速增大到一定数值，着色流束开始振荡，处于不稳定状态。
过渡流
雷诺实验
水的流速增大到一定数值
hl ,12 hf hj
1.5.2流动的两种型态——层流和紊流 实际流体的运动存在有两种不同的状态，即层流和紊流。
判断流动状态，雷诺用雷诺数Re来判别，对于圆形管道
Re
vd
1.5.2 粘性流体的两种流动状态
雷诺实验
1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进行实验 ，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。
p=P'-Pa
相对压强为负值时，流体处于低压状态，通常用真空度(或真空 压强)来度量流体的真空程度。用pk表示，即
pk=Pa-P'=- p
真空度实际上等于负的相对压强的绝对值，有时也称为“负压 ”。某点的真空度愈大，说明它的绝对压强越小。真空度达到 最大值时，绝对压强为零，处于完全真空状态；真空度的最小 值为零,即绝对压强等于当地大气压强。真空度在0～98KN/m2 的范围内变动。 1.2.4压强的测量 ⒈液柱测压计 ⒉压力表和真空表
流体力学与传热学详解
Q Q1 Q2 Q3
hw1 hw2 hw3
26
5. 管路特性曲线
泵
风机
所谓管路特性曲线，就是管路中通过的 流量与所需要消耗的能头之间的关系曲线
27
减小流动损失的措施 1. 减小管长、增大直径、降低粗糙度； 2. 减少附加管件、平滑过渡、弯头导流； 3. 管路特性与驱动机械内特性相匹配。
tw1 tw,n1 1 n 1 ln di1
2L i1 i di
39
2.对流换热
基本概念 热对流——流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相 对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 对流的形式 自然对流：因流体的密度差而引起的流动； 强制对流：流体的流动是由水泵、风机或其他外力 所引起的； 对流换热——流体流过物体表面时的热量传递过程；
1
2
3
i1 i
通过n层平壁的热流密度：
q
tw1
tw,n1
n i
tw1
tw,n1 Ri
i1 i
37
1.稳态导热
圆筒壁的稳态导热
单层圆筒壁的稳态导热： 对于长度为L、无内热源的内、外
径分别为d1、d2的单层圆筒壁，若 其内、外壁温度为tw1和tw2，导热
29
（3）k/de，k=0.15mm
k 5.62 104 de
（4）λ Re = 1.7×105 在湍流过渡区
用希弗林松公式
0.11 k
68
0.25
d Re
（5）R
Rp l de 8.31
λ=0.0194
（6）Δp
1_流体力学与传热学
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：
可忽略。 2、气体有显著的压缩性和膨胀性，t与P的变化对v 影响很大。 3、当气体的温度不过低压强不过高时，T、P、v三
者关系服从理想气体状态方程。
第二节 流体静力学
目的：学习和讨论流体静止状态下 的力学规律及其应用
流体静止时的特点：
不显示其粘滞性，不存在切相应力
流体静止是运动中的一种特殊状态
流体静力学研究的中心问题：
流体静压强的分布规律
第二节 流体静力学
一、流体静压强及其特性
静水压力与静水压强
静止液体作用在与之接触的表面上的水压力称为 静水压力P.
在静水中表面积为A的水体，微小面积△A所受作 用力△P， P P 该微小面积上的平均压强为 A 当△A无限缩小至趋于点K时，K点的静水压强
p1
2
2
图2-5
圆管中有压流动的总水头线与测压管水头线
第四节 流动阻力和水头损失
能量损失的计算
沿程损失
hf
l v2 d 2g
沿管长 均匀发 生
局部损失
局部障 碍引起 的
hm
v2 2g
整个管路的能量损失等于：
各管段的沿程损失和局部 损失之和
第五节 流动阻力和水头损失
整个管路的能量损失等于各管段的沿程损失和局部损失之和.
第三部分流体力学、传热学知识
第三部分流体⼒学、传热学知识第三部分—流体⼒学、传热学知识⼀、单项选择题1、在⽔⼒学中，单位质量⼒是指（C）□A.单位⾯积液体受到的质量⼒；□B.单位体积液体受到的质量⼒；□C.单位质量液体受到的质量⼒；□D.单位重量液体受到的质量⼒。
2、液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为( B ) □A.1 kN/m2 □B.2 kN/m2 □C.5 kN/m2 □D.10 kN/m23、有压管道的管径d与管流⽔⼒半径的⽐值d /R=（B）□A.8 □B.4 □C.2 □D.1 4、已知液体流动的沿程⽔⼒摩擦系数与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于( C )□A.层流区□B.紊流光滑区□C.紊流过渡粗糙区□D.紊流粗糙区5、现有以下⼏种措施：①对燃烧煤时产⽣的尾⽓进⾏除硫处理；②少⽤原煤做燃料；③燃煤时⿎⼊⾜量空⽓；④开发清洁能源。
其中能减少酸⾬产⽣的措施是（C）□A.①②③□B.②③④□C.①②④□D.①③④6、“能源分类相关图”如下图所⽰，下列四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（C）□A.煤炭、⽯油、潮汐能□B.⽔能、⽣物能、天然⽓□C.太阳能、风能、沼⽓□D.地热能、海洋能、核能7、热量传递的⽅式是什么？（D）□A.导热□B.对流□C.热辐射□D.以上三项都是8、流体运动的连续性⽅程是根据（C）原理导出的？□A.动量守恒□B.质量守恒□C.能量守恒□D.⼒的平衡9、当控制阀的开⼝⼀定，阀的进、出⼝压⼒差Δp（B）□A.增加□B.减少□C.基本不变□D.⽆法判断10、热流密度q与热流量的关系为（以下式⼦A为传热⾯积，λ为导热系数，h为对流传热系数）（B）□A.q＝φA □B.q＝φ/A □C.q=λφ□D.q＝hφ11、如果在⽔冷壁的管⼦⾥结了⼀层⽔垢，其他条件不变，管壁温度与⽆⽔垢时相⽐将( B )□A.不变□B.提⾼□C.降低□D.随机改变12、在传热过程中，系统传热量与下列哪⼀个参数成反⽐? ( D )□A.传热⾯积□B.流体温差□C.传热系数□D.传热热阻13、下列哪个不是增强传热的有效措施？（D）□A.波纹管□B.逆流□C.板翅式换热器□D.在对流传热系数较⼤侧安装肋⽚14、临界热绝缘直径是指：（A )□A.管道热损失最⼤时的热绝缘直径；□B.管道热损失最⼩时的热绝缘直径；□C.管道完全没有热损失时的热绝缘直径；□D.管道热阻最⼤时的热绝缘直径。
(整理)流体力学基本知识
第一章流体力学基本知识解析第一节流体及其空气的物理性质流动性是流体的基本物理属性。
流动性是指流体在剪切力作用下发生连续变形、平衡破坏、产生流动，或者说流体在静止时不能承受任何剪切力。
易流动性还表现在流体不能承受拉力。
(一) 流体的流动性通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。
流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。
但在流体力学中，一般不考虑流体的微观结构而把它看成是连续的。
这是因为流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，称每个分子集团为质点，而质点在流体的内部一个紧靠一个，它们之间没有间隙，成为连续体。
实际上质点包含着大量分子，例如在体积为10-15cm3的水滴中包含着3×107个水分子，在体积为1mm3的空气中有2.7×1016个各种气体的分子。
质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。
然而，也不是在所有情况下都可以把流体看成是连续的。
高空中空气分子间的平均距离达几十厘米，这时空气就不能再看成是连续体了。
而我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。
所谓连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点精品文档精品文档是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的。
有了这个假设就可以用连续函数来进行流体及运动的研究，并使问题大为简化。
（二）惯性（密度）流体的第一个特性是具有质量。
流体单位体积所具有流体彻底质量称为密度，用符号ρ表示。
在均质流体内引用平均密度的概念，用符号ρ表示：Vm =ρ 式中： m ——流体的质量[Kg]；V ——流体的体积[m 3]；ρ——流体密度Kg/m 3。
但对于非均质流体，则必需用点密度来描述。
所谓点密度是指当ΔV →0值的极限（dV dm V m V 0 lim ），即： dV dm V m lim V =∆∆=→∆0ρ精品文档 公式中，ΔV →0理解为体积缩小为一点，此点的体积可以忽略不计，同时，又必须明确，这点和分子尺寸相比必然是相当大的，它必定包括多个分子，而不至丧失流体的连续性。
传热学与流体力学基础
（第四课）
.
传热的三种基本形式
• 热量传递的三种基本方式是：导热(热传 导)、对流(热对流)和热辐射 。
• 传热学是热泵最重要的基础之一：热泵热 水器相当大一部分的设计和制造问题，是 传热问题，在热泵系统的四个主要部件里， 专门用于传热的就有两个，蒸发器与冷凝 器，即俗称的“两器” ；
• 热量传递过程的推动力是“温差”
.
• 由热力学第二定律得知：热量可以自发地 由高温热源传给低温热源；
• 热量传递的必要条件是温差，有温差就会 有传热，温差是热量传递的推动力,没有温 差热量就不会发生传递。
• 热量传递的方向：热量总是由高温的物体 传递给低温的物体，不可能出现相反的热 传递现象。
• 在实际中发生的传热过程，往往是三种传 热方式的共同作用的总和。
• 对流换热是导热与热对流同时存在的复杂热传递 过程。
• 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也 必须有温差。
• 接触壁面处，流体会形成速度梯度很大的边界层 （附面层）
.
对流换热的多种形式
• 按流体是否发生相变划分，有相变的分为 蒸发换热或者冷凝换热，无相变的则成为 普通换热；
• 在空气源热泵热水器的冷凝器和蒸发器内 进行的换热过程，都是有工质发生相变的 对流换热过程，蒸发器中沸腾气化，冷凝 器中凝结液化。
.
导热系数的大致规律
• 对于绝大部分物质来讲，金属的导热系数最 高，液体次之，而气体最低；
• 每种物质都有自己特定的导热系数 。大体上 是固体≥液体≥气体 ；
• 一般的，导电性好的材料，导热性也好； • 导热系数与状态有关，例如冰的导热系数为
2.22 W/( m·k)，水的导热系数为0.599 W/( m·k)，而水蒸气的导热系数仅为0.0194 W/( m·k)。
流体力学与传热学详解
/ m2
30
传热学
两个思考题
热量到底是怎么流动的？ 怎样使热量流得快（慢）一点？
32
0.绪论
本节内容主要讲述热能传递的基本理论知识； 概述
研究热量传递规律的科学，主要有热量传递 的机理、 规律、计算和测试方法
热力学第二定律： 热量可以自发地由高温热源传给低温热源 有温差就会有传热， 温差是热量传递的动力
(c) 圆角 0.2
(d) 流线形 0.04 22
管道出口损失系数ζ
1.0
23
管道变截面结构损失系数
管道突扩结构损 失系数ζ
管道突缩结构损 失系数ζ
24
90o 弯头损失系数ζ
25
4. 复合管系
串联管系：
Q1 Q2 Q3
hw,AB hw1 hw2 hw3
1.沿程阻力——沿程损失(长度损失、摩擦损失)
hf
l d
v2 2g
p f
l d
v2 2
λ——沿程阻力系数
2.局部阻力——局部损失
hj
v2 2g
pj
v2 2
达西-魏斯巴赫公式
ζ——局部阻力系数
6
沿程阻力
沿程阻力系数跟黏性有关—— 牛顿粘性实验
gz2
hw
he ws
hw u2 u1 q 0
管道流动损失 hw hf hj
hf : 直管中沿程流动损失(J/kg) hj : 附加管件损失(J/kg)
hf
l de
V2 2
4A de U
《流体力学与传热学》课件
04
传热学应用实例
建筑节能是传热学的重要应用领域，通过合理利用传热学原理，可以有效降低建筑能耗，提高能源利用效率。
建筑设计时，利用传热学原理，合理设计建筑物的保温、隔热、通风等系统，可以有效降低建筑物的热量损失和冷热负荷，从而减少能源消耗。例如，利用保温材料和密封技术减少墙体热传导，利用自然通风和热压差通风降低室内温度等。
流体静力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体静力学是研究流体在静止状态下力学行为的一门学科。主要研究流体内部的压力分布、液体对容器壁的侧压力等，在工程实际中有广泛应用。
总结词
流体动力学的基本概念、原理和应用
详细描述
流体动力学是研究流体在运动状态下力学行为的一门学科。主要研究流体的速度、压力、密度等物理量的变化规律，以及流体与固体壁面的相互作用等，在航空航天、交通运输等领域有重要应用。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中发挥着越来越重要的作用。这些技术可以对流体流动和传热过程进行精确模拟和预测，为实验研究和工程应用提供有力支持。
数值模拟与仿真技术在流体力学与传热学中广泛应用于各种领域。例如，在能源领域，通过对流体流动和传热的数值模拟，优化核能、风能等可再生能源的开发和利用。在环境领域，通过对污染物扩散的数值模拟，评估环境治理措施的有效性。在生物医学领域，通过对生物体内的流体流动和传热的数值模拟，揭示生理过程和疾病机制，为诊断和治疗提供依据。
THANKS
感谢观看
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。
第一章流体力学导论(讲义).
等温压缩率物理意义：衡量流体可压缩性，表示 在一定温度下压强增加一个单位时流体密度的相对增 加率。 由于 v 1 ，所以等温压缩率还可以表示为：
1 v T v p T
等温压缩率另一种物理意义：在一定温度下，压 强增加一个单位时流体体积的相对缩小率。
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。
20世纪以来，数学与计算机科学的发展，为 通过仿真研究传热学和流体力学奠定了基础。例如： 利用分析软件分析航天器热量分布，从而为航天器 的隔热设计奠定了理论基础。利用仿真软件分析潜 器形状与受到流体阻力的关系，指导潜器等水下平 台的设计。
第二节 传热学与流体力学的理论基础
一、传热学的理论基础
1、热量传递三种基本形式：
v
v
1
表1.2
4）、流体可压缩性与热膨胀性 （1）可压缩性 : 在外力作用下，体积或密度可以改变的性 质。 （2）热膨胀性：温度改变时流体体积或密度可以改变的性 质。 对于单一组分的流体，密度随压强、温度的改变：
d dp dT T dp dT p T 1 T — 等温压缩率 p T
•
传热学的主要研究内容
传热学是研究热量传递规律的科学
流体力学和传热学
流体力学和传热学《流体力学和传热学》第一章流体力学1.1 流体介质流体（Fluid）是指可用来描述物质在物理状态机制上发生变形，具有形状改变能力的物质类型。
它们包括液体（Liquid）和气体（Gas），可以根据它们的性质将它们分为静力学流体（ statically fluids）和动力学流体（dynamic fluids）。
1.2 流体流动流体力学研究的基础内容是流体流动，它是物质在物理空间内的连续改变，由于流体分布的不均匀性，会产生流动。
它是由于重力、压力差、粘度和其他因素引起的。
1.3 流体力学基本原理流体力学研究的基本原理，可以归纳为三大要素：物理定律、力学方程和保守定律。
物理定律指的是物理现象的基本准则，如流体的流动、密度、压力、速度、温度等，他们是流体力学研究的基本研究对象。
力学方程涉及的是流体的动力学特性，如流体内的力平衡方程、温度方程以及动量守恒方程等，是探索流体流动的机理的基础。
保守定律指的是流体受到外力的作用时，它的总动量、能量、动量和质量的变化，可从它们的定义和物理定律可以推出。
第二章传热学2.1 传热学的定义传热学（Thermodynamics）是研究物质在物理系统中的能量交换及其特性的学科，它是动力学、能源学以及工程热力学的一部分。
它涉及物体的物理特性、热质的传递机理及传热学定律。
2.2 传热学的基本原理传热学的基本原理，一般可以概括为三大要素：物理特性、热质传递机理和传热学定律。
物理特性是指传热学中有关物质的特性，如密度、温度和物性参数等，而热质传递机理是指它的传热原理，如热对流、热传导及热辐射等。
最后的传热学定律，根据物理原理推出了物体内部的热能的变化，也就是“物体内的热能不会凭空灰飞烟灭，只能够从一处转移到另外一处”这一定律。
1 流体力学及传热学基础知识
1 流体力学及传热学基础知识
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 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， 单位体积流体的质量称为流体的密度，即ρ=m/V 流体的密度
3. 重量密度
1 流体力学及传热学基础知识
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， 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 均匀流。 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 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。
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 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。 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 从宏观上讲，流体视为由无数流体质点（或微团） 视为由无数流体质点 成的连续介质。 成的连续介质。
1 流体力学及传热学基础知识
1.3 流体动力学基础
3. 按液流运动接触的壁面情况分类
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1 流体力学及传热学基础知识
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 流体力学及传热学基础知识
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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1 流体力学及传热学基础知识
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T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
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：
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
1 流体力学及传热学基础知识
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
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。
1 流体力学及传热学基础知识
图1-6
1 流体力学及传热学基础知识
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)
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)
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。
因是直径相同的水平管，u1=u2,Z1=Z2，故
Wf=(P1-P2)/ρ
若管道为倾斜管，则
（1－22）
Wf=(P1/ρ+Z1g)-(P2/ρ+Z2g) （1－23） 由此可见，无论是水平安装还是倾斜安装，流体 的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时， 流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。
1 流体力学及传热学基础知识
T=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。
1 流体力学及传热学基础知识
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。
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
1 流体力学及传热学基础知识
1.2 流体静力学基本概念
u P1 u P 2 Z1 Z2 2g 2g
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 u P 2 Z1 Z2 2 h 2g 2g
2 1
2 2
P 1
1 流体力学及传热学基础知识
1.4 流动阻力与能量损失
1 流体力学及传热学基础知识
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。
1 流体力学及传热学基础知识
1.3 流体动力学基础
1.3.3 定态流体系统的质量守恒－连续性方程
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
1 流体力学及传热学基础知识
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。
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 流体力学及传热学基础知识
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。
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：
1.4 流动阻力与能量损失
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:
1 流体力学及传热学基础知识源自u3= 2.30(m/s)
1.3 流体动力学基础
图1-5连续性方程的推导
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1 流体力学及传热学基础知识
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
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
质量密度与重量密度的关系为： γ=G/V=mg/V=ρg
1 流体力学及传热学基础知识
1.1 流体主要的力学性质
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 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。
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。
过流断面内所有元流的总和称为总流。
1 流体力学及传热学基础知识
元流 dω
ω
总流
1 流体力学及传热学基础知识
1.3 流体动力学基础
第一篇
建筑设备基础知识
工程管理教研室 陈伟亚
1 流体力学及传热学基础知识
第一、二 章
目
录
流 体 力 学
传 热 学
1 2 3 4 5 3
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
Back
6
7
1 流体力学及传热学基础知识
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)
或
ρ1u1A1=ρ2u2A2
1 流体力学及传热学基础知识
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
(1-16)
1 流体力学及传热学基础知识
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:
Vs=u1A1=u2A2=…=uA=常数
绝对压=大气压+表压
1 流体力学及传热学基础知识
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
1 流体力学及传热学基础知识
1.2 流体静力学基本概念
1.2.2 流体静力学平衡方程
1.2.2.1 静力学基本方程
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。