流体力学与传热电子教案--CHAP5a(管路计算)
化工原理-流体流动与传热分册教学设计
化工原理-流体流动与传热分册教学设计一、教学目标本课程是针对化工专业学生，旨在让学生掌握流体流动和传热方面的基本知识和计算方法，使其能够在工程实践中熟练运用这些知识解决问题。
二、教学内容1.流体力学基础知识2.流体流动的基本方程和主要性质3.管道内流体流动的压力损失4.流经管道的实用公式计算5.传热基础知识6.传热方式及传热模型7.实际工程中传热器的设计与计算三、教学方法1.讲授：通过课堂讲解、示意图、视频等方式，向学生介绍流体流动和传热知识；2.案例分析：通过实际案例的分析，使学生了解流体流动和传热在实际工程中的应用；3.计算练习：通过课堂示范和课后习题，让学生掌握基本的流体流动和传热计算方法；4.实验教学：通过实验室的实验教学，培养学生的实验操作能力，并巩固理论知识。
四、教学计划教学内容授课时间授课方式流体力学基础知识2小时讲授、案例分析流体流动的基本方程和主要性质3小时讲授、案例分析管道内流体流动的压力损失2小时讲授、案例分析流经管道的实用公式计算3小时计算练习传热基础知识2小时讲授、案例分析传热方式及传热模型3小时讲授、案例分析实际工程中传热器的设计与计算3小时讲授、案例分析、计算练习实验教学4小时实验教学五、教学评估1.期中考试：在第5周进行，主要考察流体流动相关的知识；2.期末考试：在第16周进行，主要考察传热相关的知识；3.实验成绩：在实验课程结束后，按照实验报告的得分进行评估。
六、教材•《化工原理（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）》牟策，杨春，机械工业出版社，2009年；•《化工原理及应用(第三版)》马涛等，中国石化出版社，2012年。
七、参考资料•《流体力学导论（第三版）》陈奕龙，同济大学出版社，2004年；•《传热学原理（第六版）》刘献民，高等教育出版社，2015年；•《化工流体力学基础及应用（第二版）》王建锋，北京航空航天大学出版社，2015年。
《流体力学》实验教案(全)word版
《流体力学》实验教案（全）(一)不可压缩流体定常流能量方程(伯努利方程)实验一、实验目的要求：1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术；2、验证流体定常流的能量方程；3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。
自循环伯努利方程实验装置图本实验的装置如图所示，图中：1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；5 / 456.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管； 10.实验管道； 11.测压点； 12.毕托管 13.实验流量调节阀。
三、实验原理：在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。
可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.....,，n)选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压，从而可得到各截面测管水头和总水头。
四、实验方法与步骤：1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。
2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。
3、打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。
4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。
5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。
五、实验结果及要求：1、把有关常数记入表2.1。
2、量测()并记入表2.2。
3、计算流速水头和总水头。
4、绘制上述结果中最大流量下的总水头线和测压管水头线(轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。
六、结果分析及讨论：1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？3、测点2、3和测点10 、11的测压管读数分别说明了什么问题？4、试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。
流体力学与传热：4.4 传热过程的计算
传热计算的出发点和核心：
Q KAtm qm1cp1(T1 T2 ) qm2cp2 (t2 t1)
4.4.3 传热平均温度差
一、恒温传热
tm T t
二、变温传热
tm与流体流向有关
逆流
并流
错流
折流
1. 逆、并流时的tm
Km h1 d1 h2 d2
薄层圆筒壁： 近似用平壁计算
K的大小 A的基准
（3）1/K的意义
1 1 b d1 1 d1
K1 h1 dm h2 d2
控制热阻?
总热阻
外侧 壁阻 热阻
内侧 热阻
11
•
如h2h1,不计壁阻
K
h1
K
h1
A1
•
如h1h2,不计壁阻
11
K h2 K h2
A2
Q KAtm
A
Q Ktm
630000
280031.9
7.05m2
L
A
ndo
7.05
30 2 0.025
1.496m
（2）首先计算K’
1 K
1 h1
R1
b
d1 dm
R2
d1 d2
1 h2
d1 d2
1 K
R2
d1 d2
1 0.00009 25
2800
20
4.6964
K 2129.3W m2 0 C
T1
t2
T1 t2 t
t1 T2
T2 t1 A
逆流
T1
t1
T1 t
t1
t2 T2
T2 t2
3------chap1_3-1.4管路计算
5/20
§1.4.1 简单管路
设计型 设计型问题举例：详见教材。 设计型问题举例：详见教材。 作业： 作业：19 操作型 -----管路系统已定，要求核算出在操作条件改变 管路系统已定， 管路系统已定
时管路系统的输送能力或某项技术指标。 时管路系统的输送能力或某项技术指标。
浙江大学《化工原理》电子教案/ 浙江大学《化工原理》电子教案/第一章
§ 1.4 管路计算
§ 1.4.1 简单管路
特点： 特点： 1、稳定流动 、 各处的质量流量相同
ρ＝const
----没有分支和汇合 ----没有分支和汇合
V1 = V2 = LL
1 1
2、整个管路的总摩擦损失为各管 段及各局部摩擦损失之和， 段及各局部摩擦损失之和，即
(a)
浙江大学《化工原理》电子教案/ 浙江大学《化工原理》电子教案/第一章
(b)
11/20
简单管路习题课： 简单管路习题课：操作问题举例
定性分析 定量计算
【例2】 在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用U 型 】 在风机出口后的输气管壁上开一测压孔， 管测得该处静压为186 mmH2O。测压孔以后的管路包括 管测得该处静压为 。测压孔以后的管路包括80 m直管及 个90°弯头。管出口通向表压为 直管及4个 °弯头。管出口通向表压为120 mmH2O的 直管及 的 设备。输气管为铸铁管，内径500 mm。所输送的空气温度 设备。输气管为铸铁管，内径 。 为25℃，试估计其体积流量。 ℃ 试估计其体积流量。 【解】 p = 186 + 10330 = 10516mmH O （绝压） 绝压） A 2
阀门开度减小， 【例1】 现将阀门开度减小，试定性分析以下各流动参数： 】 现将阀门开度减小 试定性分析以下各流动参数： 管内流量、阀门前后压力表读数pA、pB、阻力损失wf（包括 管内流量、阀门前后压力表读数 阻力损失 出口）如何变化？ 出口）如何变化？ （3）pB ） B-B面和 面（取出口截面内侧）间有： 面和2-2面 取出口截面内侧）间有： 面和
【精品】流体力学与传热学教案设计
流体力学与传热学流体静力学:研究静止流体中压强分布规律及对固体接触面的作用问题流体动力学:研究运动流体中各运动参数变化规律，流体与固体作用面的相互作用力的问题传热学研究内容：研究热传导和热平衡规律的科学上篇：流体力学基础第一章流体及其主要力学性质第一节流体的概念一流体的概述⒈流体的概念：流体是液体和气体的统称⒉流体的特点:易流动性—在微小剪切力的作用下，都将连续不断的产生变形（区别于固体的特点）⑴液体：具有固定的体积；在容器中能够形成一定的自由表面；不可压缩性⑵气体;没有固定容积;总是充满所占容器的空间;可压缩性二连续介质的模型⒈连续介质的概念所谓连续介质即是将实际流体看成是一种假想的,由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质.而且这种连续介质仍然具有流体的一切基本力学性质.⒉连续介质模型意义所谓流体介质的连续性,不仅是指物质的连续不间断,也指一些物理性质的连续不间断性.即反映宏观流体的密度,流速,压力等物理量也必定是空间坐标的连续函数(可用连续函数解决流体力学问题）第二节流体的性质一密度—--表征流体质量性质⒈密度定义:单位体积内所具有的流体质量⑴对于均质流体:ρ=m/v式中ρ-流体的密度（㎏/m 3）m-流体的质量（㎏）v —流体的体积（m 3)⑵对于非均质流体:ρ=⒉比体积（比容)：单位质量流体所具有的体积（热力学和气体动力学概念）⑴对于均质流体：v=V/m=1/ρ（m 3/㎏)3．液体的密度在一般情况下，可视为不随温度或压强而变化；但气体的密度则随温度和压强可发生很大的变化。
二流体的压缩性和膨胀性dv dm v m v =∆∆→∆0lim㈠压缩性⒈定义:当温度不变时，随作用在流体上的压力增大被所产生的流体体积减小,称为流体的压缩性。
⒉压缩性的大小表示⑴流体压缩系数κT -—等温压缩率当温度不变时,由压强变化所引起的流体体积的相对变化量。
即式中K T —体积压缩系数(P a -1）∆V —压缩前后流体体积改变量（m 3）V —流体原有体积（m 3）∆P —压强的变化量(P a ）⑵体积弹性系数(弹性模量)E-—单位形变所需压力dPdV V P V V P V V K T 1lim 1/lim 00-=∆∆-=∆∆=→∆P →∆P（P a )☆一般情况下,液体可看作不可压缩流体。
计算流体力学教案
计算流体力学教案一、课程介绍1.1 课程背景计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是运用数值分析和算法解决和分析流体力学问题的一个分支。
本课程旨在让学生了解并掌握计算流体力学的基本原理、方法和应用。
1.2 课程目标通过本课程的学习，学生将能够：（1）理解流体力学的基本概念和原理；（2）掌握CFD的基本数值方法和算法；（3）应用CFD软件进行流体力学的数值分析和解决实际问题。
二、教学内容2.1 流体力学基础（1）流体力学的定义和发展；（2）流体力学的分支；（3）流体力学的基本方程。
2.2 数值方法基础（1）数值方法的分类；（2）数值方法的原理；（3）数值方法的稳定性分析。
2.3 网格技术（1）网格方法；（2）网格质量评价；（3）网格独立性研究。
2.4 流动问题的离散化（1）流动问题的离散化方法；（2）离散化方程的求解方法；（3）离散化方程的数值求解技术。
2.5 流场可视化（1）流场可视化的方法；（2）流场可视化的技术；（3）流场可视化的应用。
三、教学方法3.1 课堂讲授通过讲解流体力学的基本概念、原理和数值方法，使学生掌握CFD的基本理论。
3.2 软件操作实践通过操作CFD软件，使学生了解并掌握网格、流动问题离散化、求解和流场可视化的实际操作。
3.3 案例分析通过分析实际案例，使学生了解并掌握CFD在工程中的应用。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试包括理论知识和软件操作，占总成绩的30%。
4.3 期末考试包括理论知识，占总成绩的40%。
五、教学资源5.1 教材《计算流体力学导论》（Introduction to Computational Fluid Dynamics）。
5.2 软件CFD软件，如OpenFOAM、FLUENT等。
5.3 网络资源相关在线课程、论文、教程等。
六、网格技术（续）6.1 结构网格结构网格的定义和特点常见的结构网格算法结构网格在CFD中的应用案例6.2 非结构网格非结构网格的定义和特点常见的非结构网格算法非结构网格在CFD中的应用案例6.3 混合网格混合网格的定义和特点混合网格算法的基本原理混合网格在CFD中的应用案例七、流动问题的离散化（续）7.1 守恒定律的离散化质量守恒定律的离散化动量守恒定律的离散化能量守恒定律的离散化7.2 离散化方程的求解线性方程组的求解方法非线性方程组的求解方法代数方程组的求解方法7.3 离散化方程的数值求解技术（续）时间步进方法空间离散化技术稳定性和收敛性分析八、流场可视化（续）8.1 流场可视化的方法（续）着色法纹理映射法粒子追踪法8.2 流场可视化的技术（续）数据处理技术三维重构技术动画制作技术8.3 流场可视化的应用（续）航空航天领域的应用汽车工业领域的应用生物医学领域的应用九、案例分析（续）9.1 案例分析的方法案例选择的原则案例分析的步骤9.2 流体动力学案例分析不可压缩流体的流动案例可压缩流体的流动案例复杂几何形状的流动案例9.3 热流体力学案例分析热传导问题案例热对流问题案例热辐射问题案例十、课程总结与展望10.1 课程总结本课程的主要内容和知识点回顾学生在本课程中学到的技能和知识10.2 课程作业与项目课程作业的布置与评价课程项目的选择与实施10.3 未来学习方向CFD在科学研究中的应用CFD在工业中的应用趋势CFD领域的最新研究动态十一、流体机械特性分析11.1 流体的粘性粘性的定义和测量牛顿流体和非牛顿流体的特性粘性流体的流动案例分析11.2 流体的弹性弹性流体的定义和特性弹性流体流动的数值模拟方法弹性流体流动案例分析11.3 流体的湍流特性湍流的定义和特性湍流流动的数值模拟方法湍流流动案例分析十二、多相流动分析12.1 多相流动的定义和分类单相流动和多相流动的定义连续相、分散相和界面流动的特点多相流动的数值模拟方法12.2 多相流动的数值模拟方法欧拉-欧拉模型欧拉-拉格朗日模型离散相模型12.3 多相流动案例分析油气水三相流动案例颗粒物在空气中的扩散案例喷雾燃烧过程的数值模拟案例十三、化学反应流体力学13.1 化学反应流体力学的定义和特点化学反应和流体运动的相互作用化学反应流体力学的应用领域化学反应流体力学的数值模拟方法13.2 化学反应流动的数值模拟方法反应速率模型化学反应平衡和化学平衡计算化学反应流体流动的数值模拟算法13.3 化学反应流体流动案例分析燃烧过程中的化学反应流动案例化工过程中的化学反应流动案例环境污染治理过程中的化学反应流动案例十四、计算流体力学的软件应用14.1 CFD软件的基本操作CFD软件的用户界面和操作流程CFD软件的网格和边界条件设置CFD软件的求解器和结果分析工具14.2 CFD软件的高级应用参数研究and 优化并行计算和云计算应用复杂几何形状和多物理场耦合问题的模拟14.3 CFD软件案例分析利用CFD软件分析风力发电机翼的气流分布利用CFD软件分析汽车发动机的冷却效果利用CFD软件分析建筑物的热环境十五、课程项目与实验15.1 课程项目的选择与实施项目选题的原则和步骤项目实施的计划和管理项目成果的评估和反馈15.2 实验设计与实验操作实验设计的原则和方法实验操作的步骤和安全注意事项实验数据的采集和分析报告的结构和内容要求报告的提交和评审流程重点和难点解析本文教案主要介绍了计算流体力学（CFD）的基本原理、方法与应用，内容涵盖了流体力学基础、数值方法基础、网格技术、流动问题的离散化、流场可视化、案例分析、多相流动分析、化学反应流体力学、计算流体力学的软件应用以及课程项目与实验等方面。
流体力学教案可编辑全文
因而粘度下降。
气体粘度：随温度的上升而增大。
1 3
v l
➢ 原因：相邻流层之间分子动量的交换对气体粘性起主要作用。
当温度升高时，气体的热运动加强，动量交换加剧，各层之间
的制动作用加大，因而粘度增大。
5、混合气体的粘度
混合气体的粘度，可以近似用下式来计算：
M m n i M i
m
i 1
i
式中: Mm——混合气体的分子量； μm——混合气体的粘度；
2、毛细现象 ▪毛细现象：液体沿管壁上升或下降的现象 毛细管
➢ 液体与固体壁面接触时，液体
内聚力小于液体与壁面间的附
着力时，液体的表面张力将使
液体沿垂直管壁上升。浸润
➢ 反之，当液体内聚力大于液体
与壁面间的附着力时，液体的
❖ 航天：稀薄气体动力学（滑流、过渡流、自由 分子流）；等离子体
❖ 潜艇、船舶：液体压缩性小、粘性大
❖ 汽车：F1 — 最完美的贴地飞行器
60年代，意识到空气动力学在赛车设计上的重要性；1968年首次出 现了绕流翼板，开始利用绕流来控制F1，此后逐渐相信“谁掌握了空 气，谁就掌握了F1”.
F1各车队在空气动力学研发上的花费占整个预算的15%，仅次于引 擎。
➢液体不具有明显的压缩性与膨胀性 -------- 可以 不考虑
➢气体的压缩性与膨胀性不同于液体，具有明显的压 缩性与膨胀性，这是由于气体的密度随着温度和压 强的改变将发生显著的变化。
对于理想气体，其密度与温度和压强之间的关系用 热力学中的状态方程式表示，即
P RT
三、流体的粘性
❖ 流体除易变形性外，还有抗拒 快速变形的性质，称为粘性。
Mi、αi、μi——混合气体中各组分的分子量、
流体力学第一章
水的黏度与温度的关系
精品课件
31
温度 （℃）
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
106
（Pa·s） 17.09 18.08 19.04 19.97 20.88 21.75 22.60 23.44 24.25 25.05 25.82 26.58 27.33
薄气体力学的研究成果，制造出航天飞机，建立太空站，实
现了人类登月的梦想。精源自课件6流体力学电子教案 7
排水量达50万吨以 上的超大型运输船
时速达200公 里的新型艇
它们的设计都建立在水动力学，船舶流体力学的基础之上。
精品课件
7
在空气动力学的研究成果的基础上
流体力学电子教案 8
人类研制出2-3 倍声速的战斗机
此次事件由于空气动力学和结构分析不严密所致。以
后所有的桥梁，无论是整体还是局部，都必须通过严格的数
学分析和风洞测试。
精品课件
12
流体力学电子教案 13
大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计 和建造离不开水力学和风工程。
精品课件
13
流体力学电子教案 14
当然，流体力学需要进一步发展，需要与其他工程交 叉，这样会给人类的生存和生活质量的提高提供更大的帮助 。
(μ=0)时，内摩擦力等于零。
在流体力学中还常引用动力黏度与密度的比值，称为运动
黏度，用符号ν表示，即
式中ν—运动黏度，m2/s。
精品课件
30
流体力学电子教案 31
温度 （℃）
0 5 10 15 20 25 30 35
热工与流体力学基础-电子教案
3.我国的能源建设面临的主要问 题及发展思路
能源问题是全世界关注的重大问题，从20世纪70年代起，就被列入世 界5大问题之一。
全世界关注的5大问题： 1）能源 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源
2021/9/8
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）
2021/9/8
（2）能源开发利用设备和技术落后，能源利 用效率低，浪费严重
2000年，我国能源效率（指使用能源过程中所得有效能源与实际输入 能源的比）仅为33.4％，比发达国家低10％～20％；单位产品的能耗平均 比发达国家高约40％。
2021/9/8
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
2021/9/8
机械能
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。
如蒸汽机、蒸汽轮机、 燃气轮机、内燃机和喷气 发动机等。
无关。 • 经历一个循环，状态参数的变化量必为零。 • 状态参数与状态一一对应。
2021/9/8
常用状态参数
可直接或间接测量 基本状态参数
温度（T）、压力（p）、比体积（v）
导出状态参数
热力学能（U）、焓（H）和熵（S）
《流体力学》实验教案(全)
《流体力学》实验教案（一）一、实验目的1. 理解流体力学的基本概念和原理。
2. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
3. 培养观察现象、分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体的物理性质：密度、粘度和表面张力。
3. 流体流动的两种状态：层流和湍流。
4. 流体流动的连续性方程和伯努利方程。
三、实验器材与设备1. 流体流动实验装置：管道、流量计、压力计等。
2. 流体粘度实验装置：粘度计、计时器等。
3. 流体表面张力实验装置：表面张力计、铂丝等。
4. 其他辅助工具：量筒、滴定管等。
四、实验内容与步骤1. 流体流动实验：观察和记录不同流速下的压力和流量数据，分析流体流动的规律。
2. 流体粘度实验：测量不同温度下的流体粘度，探讨温度对粘度的影响。
3. 流体表面张力实验：测量不同液体的表面张力，研究表面张力的影响因素。
五、实验数据处理与分析1. 根据实验数据，绘制压力-流量曲线，分析流体流动状态。
2. 根据实验数据，绘制粘度-温度曲线，探讨温度对粘度的影响。
3. 根据实验数据，绘制表面张力-液体种类曲线，研究表面张力的影响因素。
《流体力学》实验教案（二）六、实验目的1. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
2. 培养观察现象、分析问题和解决问题的能力。
七、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体的物理性质：密度、粘度和表面张力。
3. 流体流动的两种状态：层流和湍流。
4. 流体流动的连续性方程和伯努利方程。
八、实验器材与设备1. 流体流动实验装置：管道、流量计、压力计等。
2. 流体粘度实验装置：粘度计、计时器等。
3. 流体表面张力实验装置：表面张力计、铂丝等。
4. 其他辅助工具：量筒、滴定管等。
九、实验内容与步骤1. 流体流动实验：观察和记录不同流速下的压力和流量数据，分析流体流动的规律。
2. 流体粘度实验：测量不同温度下的流体粘度，探讨温度对粘度的影响。
3. 流体表面张力实验：测量不同液体的表面张力，研究表面张力的影响因素。
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。
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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。
流体力学与传热课程设计 (2)
流体力学与传热课程设计一、课程背景流体力学与传热作为热力学的重要分支领域，是现代工程技术中不可或缺的一部分，对于热能的转换与利用起着至关重要的作用。
本课程旨在引导学生深入了解流似流体静力学、稳态传热、传质以及非稳态传热等内容，为学生提供基础知识和实践技能培训，为工程技术人员的职业道路奠定坚实基础。
二、课程设置1. 课程大纲•流体静力学•稳态传热•传质热物理性质•非稳态传热•应用实验2. 课程教学材料教材：《流体力学与传热》（第三版），作者：陈致中参考书籍：《传热学基础》（第二版），作者：YY Zhu实验指导书：《流体力学与传热实验》，作者：某某教授3. 教学方法该课程采用授课、实验和讨论相结合的教学方法，鼓励学生积极参与课堂讨论和实验操作。
在讲解理论知识的同时，引导学生深入思考实际应用中的问题，培养学生解决问题和创新的能力。
三、课程实践1. 实验设计流体力学与传热课程中的实验设计需要根据课程大纲，重点讲解实践方法和实验步骤，以真实案例为例，让学生更好地理解和掌握相关知识。
实验1：流体静力学实验该实验旨在通过测量压力、流量、速度等关键参数，研究流体的静力学特性。
学生将学会如何使用流量计测量流体流量，如何使用压力计测量系统压力，并且通过数据分析获得相关知识。
实验2：稳态传热实验该实验旨在研究热传导的特性和规律。
学生通过实验探究传热过程中的影响因素，如热辐射、对流传热、传热系数等，学会建立热传导模型和计算传热效率。
2. 实验要求•安全第一：学生在实验室实验前必须穿戴防护服和安全鞋，其他安全措施需要由实验教师作出决定。
•实验数据及时记录：学生进行实验时应及时记录每次实验的数据和观测结果，并保持实验的稳定状态。
•实验结果分析：学生应该对实验数据进行仔细分析，并根据实验结果总结归纳研究结论。
四、课程考核该课程采用多种方式进行考核，包括评分、论文写作、实验报告等方式。
具体考核内容和权重如下：•期末考试：60%•论文写作：20%•实验报告：20%学生参加该课程需要严格按照教学要求完成考核要求，同时教师将积极引导学生通过奋斗、探索和创新提高学习成果。
传热过程计算课程设计
传热过程计算课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握传热过程的基本原理，理解热传导、对流和辐射三种传热方式的区别与联系。
2. 使学生掌握传热方程式的建立和求解方法，能够运用相关公式进行传热过程计算。
3. 让学生了解实际工程中的传热问题，掌握解决实际问题的方法和技巧。
技能目标：1. 培养学生运用数学知识和物理原理解决传热问题的能力。
2. 提高学生运用计算工具（如计算器、计算机软件等）进行传热过程计算的速度和准确性。
3. 培养学生团队协作和沟通能力，能够就传热问题进行讨论和分析。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的热爱，激发学生学习传热学的兴趣。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯，勇于面对和解决传热过程中的困难。
3. 增强学生的环保意识，使学生认识到传热过程在节能和环保方面的重要性。
本课程针对高中物理学科，结合学生特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，以培养学生解决实际问题的能力为导向，为后续的教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容1. 传热基本原理：热传导、对流和辐射的传热特性；导热系数、对流换热系数和斯特藩-玻尔兹曼常数等基本概念。
2. 传热方程式：导热微分方程、边界条件和初始条件的设置；对流传热方程和辐射传热方程的建立与求解。
3. 传热过程计算方法：稳态和非稳态传热问题的求解方法；数值解法和解析解法的应用。
4. 实际工程案例：分析典型传热问题，如热交换器、保温材料选择、建筑节能等；介绍解决实际传热问题的方法和技巧。
5. 教学实验：组织学生进行传热实验，观察不同传热方式下的现象，培养学生的实验操作能力和观察能力。
教学内容依据课程目标，结合教材章节进行组织。
教学大纲安排如下：第一课时：传热基本原理及导热微分方程的建立第二课时：边界条件和初始条件的设置第三课时：对流传热方程和辐射传热方程第四课时：稳态和非稳态传热问题的求解方法第五课时：实际工程案例分析第六课时：教学实验及实验结果分析教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，旨在帮助学生掌握传热过程计算的方法和技巧。
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Single Pipes Multiple Pipes Systems
Single Pipes p 63
一、特点
（1）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可 压缩流体，则体积流量也不变。
ms1 = ms2 = ms3 不可压缩流体 Vs1 = Vs2 = Vs3
(2) 整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和 。
VS1 :VS2 :VS3 =
d15
:
λ1(l + Σle )1
d
5 2
:
λ2 (l + Σle )2
d
5 3
λ3 (l + Σle )3
支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小； 反之 ——流量越大。
2. Branching system
AA
C
O
O
C
BB
分支管路
汇合管路
1. 特点： （1）主管中的流量为各支路流量之和；
∑ hf = hf1 + hf2 + hf3
二、管路计算
基本方程：
连续性方程：
Vs
=
π d 2u 4
柏努利方程： p1
ρ
+ z1g + We
=
p2
ρ
+
z2
g
+
(λ
l d
+
Σζ)
u2 2
阻力计算 （摩擦系数）：
λ
=ψ
⎜⎜⎝⎛
dρu μ
,
ε
d
⎟⎟⎠⎞
物性ρ、μ一定时，需给定独立的9个参数，方
可求解其他三个未知量。
Multiple Pipes Systems
1、 parallel pipe
Vs1
Vs
Vs2
A
B
1. 特点：
Vs3
（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；
ms = ms1 + ms2 + ms3
不可压缩流体 Vs = Vs1 + Vs2 + Vs3
（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。
∑ hf1 = ∑ hf2 = ∑ hf3 = ∑ hfAB
计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即 可，不能重复计算。
A
2. 并联管路的流量分配
Wfi
= λi
(l + Σle )i di
ui2 2
而
ui
=
4Vsi
πd
2 i
Wfi
= λi
(l + Σle )i di
1 2
⎜⎜⎝⎛
4Vsi
πd
2 i
⎟⎟⎠⎞ 2
=
8λiVs2i (l + Σle )i
π
2
d
5 i
ms = ms1 + ms2
不可压缩性流体 Vs = Vs1 + Vs2
（2）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损 失之和相等。
pA
ρg
+
zA
+
1 2g
uA2
+
∑hfOA
=
pB
ρg
+
zB
+
1 2g
uB2
+ห้องสมุดไป่ตู้
∑hfOB