冶金传输原理总复习

第一章动量传输的基本概念 1．流体的概念

物质不能抵抗切向力，在切向力的作用下可以无限地变形，这种变形称为流动，这类物质称为流体，其变形的速度即流动速度与切向力的大小有关，气体和液体都属于流体。 2 连续介质

流体是在空间上和时间上连续分布的物质。 3流体的主要物理性质

密度；比容（比体积）；相对密度；重度（会换算） 4.流体的粘性

在作相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值而反向的作用力来阻碍两相邻流体层作相对运动，流体的这种性质叫做流体的粘性，由粘性产生的作用力叫做粘性力或内摩擦力。

1) 由于分子作不规则运动时，各流体层之间互有分子迁移掺混，快层分子进入慢层时给慢层以向前的碰撞，交换能量，使慢层加速，慢层分子迁移到快层时，给快层以向后碰撞，形成阻力而使快层减速。这就是分子不规则运动的动量交换形成的粘性阻力。

2) 当相邻流体层有相对运动时，快层分子的引力拖动慢层，而慢层分子的引力阻滞快层，这就是两层流体之间吸引力所形成的阻力。 5.牛顿粘性定律

在稳定状态下，单位面积上的粘性力（粘性切应力、内摩擦应力）为

dy

dv x yx μτ±==

A F

τyx 说明动量传输的方向（y 向）和所讨论的速度分量（x 向）。符号表示动量是从流体的高速流层传向低速流层。 动力粘度μ，单位Pa·s 运动粘度η，单位m 2/s 。ρ

μ

η=

例题1-1

6.温度对粘度的影响

粘度是流体的重要属性，它是流体温度和压强的函数。在工程常用温度和压强范围内，温度对流体的粘度影响很大，粘度主要依温度而定，压强对粘性的影响不大。

当温度升高时，一般液体的粘度随之降低；但是，气体则与其相反，当温度升高时粘度增大。这是因为液体的粘性主要是由分子间的吸引力造成的，当温度升高时，分子间的吸引力减小，μ值就要降低；而造成气体粘性的主要原因是气体内部分子的杂乱运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的交换，当温度升高时，气体分子杂乱运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以μ值将增大。

7.牛顿流体和非牛顿流体

凡是切应力与速度梯度的关系服从牛顿粘性定律的流体，均称为牛顿流体。常见的牛顿流体有水、空气等，非牛顿流体有泥浆、纸浆、油漆、沥青等。

对于不符合牛顿粘性定律的流体，称之为非牛顿流体。

8.作用在流体上的力

可分为两大类：表面力、质量力或者体积力。

9.控制体

所谓控制体，就是流体在空间中通过其流动的一个区域。

1.6 衡算方程

IP-OP+R=S

第二章动量传输的基本方程

2.1 流体运动的描述

1.研究流体运动的方法

拉格朗日(Lagrange)法及欧拉法。

拉格朗日法的出发点是流体质点，即研究流体各个质点的运动参数随时间的变化规律，综合所有流体质点运动参数的变化，便得到了整个流体的运动规律。在研究流体的波动和振荡问题时常用此法。

欧拉法的出发点在于流场中的空间点，即研究流体质点通过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律，综合流场中所有点的运动参数变化情况，就得到整个流体的运动规律。

2.稳定流动与非稳定流动

如果流场的运动参数不仅随位置改变，又随时间不同而变化，这种流动就称为非稳定流动；如果运动参数只随位置改变而与时间无关，这种流动就称为稳定流动。3．迹线和流线、流束和流管

（1）迹线就是流体质点运动的轨迹线。迹线的特点是：对于每一个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时间无关。（2）流线是流场中某一瞬间的一条空间曲线，在该线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。

流线有以下三个特征：

1）非稳定流时，经过同一点的流线其空间方位和形状是随时间改变的。

2) 稳定流动时，由于流场中各点流速不随时间改变，所以同一点处的流线始终保持不变，且流线上质点的迹线与流线相重合

3) 流线不能相交也不能转折。

（3）流管在流场内取任意封闭曲线l，通过曲线l 上每一点连续地作流线，则流线族构成一个管状表面，叫流管。

（4）流束在流管内取一微小曲面dA，通过dA上每个点作流线，这族流线叫做流束。

2.2 连续性方程

这就是流体的连续性方程。其物理意义是：流体在单位时间内流经单位体积空间输出与输入的质量差与其内部质量变化的代数和为零。

对于不可压缩流体，ρ 常数

即为不可压缩流体流动的空间连续性方程。它说明单位时间单位空间内的流体体积保持不变。

2.2.2 一维总流的连续性方程

ρ1v1A1=ρ2v2A2

对于不可压缩流体，即ρ常数，则

v1A1 =v2A2

例2-1,2-2

2.3 理想流体动量传输微分方程——欧拉方程

2.4 实际流体动量传输方程—纳维尔-斯托克斯方程

2.5 伯努利方程

1. 理想流体的伯努利方程

2.实际流体的伯努利方程

3 伯努利方程的几何意义和物理意义 (一) 几何意义

z 是指流体质点流经给定点时所具有的位置高度，对水平圆管取其平均高度，即

轴线处所具有的高度。p 是指流体质点在给定点的压力（流体的压强）；

2

2v ρ表示流体质点流经给定点时，流体所具有的动能。伯努利方程中静压能、动能、位能项的单位均为（Pa ）. (二) 物理意义

gz ρ可看成是单位质量流体流经该点时所具有的位置势能；

p 看成是单位质量流体流经该点时所具有的压力能；

2

2

v ρ是单位质量流体流经给定点时的动能；h 失

是单位质量流体在流动过程中所损耗的机械能，称能量损失。 4 实际流体总流的伯努利方程

5 热气体管道流动的伯努利方程

相对于大气的热气体管道流动的伯努利方程。由式可见，热气体的相对位能随高度的减小而增大，这是因为热气体的自发运动方向朝上所至。