1.3
Solution ：
p a =1000kg/m 3 p c =815kg/m 3 p b =0.77kg/m 3 D/d=8 R=0.145m
When the pressure difference between two reservoirs is increased, the volumetric changes in the reservoirs and U tubes
R d x D 224
4
π
π
=
(1)
so
R D d x 2
??
?
??= (2)
and hydrostatic equilibrium gives following relationship
g R g x p g R p A c c ρρρ++=+21 (3)
so
g R g x p p c A c )(21ρρρ-+=- (4)
substituting the equation (2) for x into equation (4) gives
g R g R D d p p c A c )(2
21ρρρ-+??
?
??=- (5)
（a ）when the change in the level in the reservoirs is neglected,
()Pa
g R g R g R D d p p c A c A c 26381.98151000145.0)()(2
21=?-=-≈-+??
?
??=-ρρρρρ
（b ）when the change in the levels in the reservoirs is taken into account
()Pa g R g R D d g
R g R D d p p c A c c A c 8.28181.98151000145.081.9815145.0515.6)()(22
2
21=?-+?????
? ??=-+??
?
??=-+??
?
??=-ρρρρρρ
error=％＝7.68
.281263
8.281-
1.4
Solution: There is a gaseous mixture in the U-tube manometer meter. The densities of fluids are denoted by Hg O H g ρρρ,,2, respectively. The pressure at point A is given by hydrostatic
equilibrium
g R R g R g R p g H g O H A )(32232+-+=ρρρ
g ρis small and negligible in comparison with H g ρand ρH2O , equation above can be
simplified
c A p p ≈=232gR gR H g O H ρρ+
=1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05
=7161N/m2
1gR p p p H g A D B ρ+=≈=7161+13600×9.81×0.4=60527N/m
Figure for problem 1.4
1.5
Solution:
Bernoulli equation is written between stations 1-1 and 2-2, with station 2-2 being reference plane:
2
22
2
222111
u gz p u gz p +
+=++ρρ Where p 1=0, p 2=0, and u 1=0, simplification of the equation 1
The relationship between the velocity at outlet and velocity u o at throat can be derived by the continuity equation:
2
2??
? ??=???? ??D d u u o 2
2??
?
??=d D u u o 2
Bernoulli equation is written between the throat and the station 2-2 3
Combining equation 1,2,and 3 gives
22
2
u Hg =222200u u p =+ρ
Solving for H H=1.39m 1.6
Solution :
In Fig1.6, the flow diagram is shown with pressure taps to measure p 1 and p 2. From the mass-balance continuity equation , for constant ρ where ρ1 = ρ2 = ρ,
2
1
12A A V V =
For the items in the Bernoulli equation , for a horizontal pipe, z 1=z 2=0
Then Bernoulli equation becomes, after substituting 2
1
12A A V V =
for V 2, ρ
ρ2
21212
1
1212020p A A V
p V +
+=++ Rearranging,
()＝＝＝144.281.92100081.910002125.111
12442
-???--??? ??==ρρg h d D u Hg
2
)
1(21
2
121
21-=
-A A V p p ρ ??
?
?????-????
??-122
2
12
11A A
p p V ρ
＝
Performing the same derivation but in terms of V 2,
???
????????
?
??--2
1
2
2
1212A A p p V ρ
＝
1.7
Solution :
The average velocity V for a cross section is found by summing up all the velocities over the cross section and dividing by the cross-sectional area
1
From velocity profile equation for laminar flow 2 substituting equation 2 for u into equation 1 and integrating 3
rearranging equation 3 gives
?
?==R R rdr u R udA A V 020211ππ???
? ????? ??--=2
2014R r R L p p u L μ2032D L p p V L μ-=2
32d V L p μ=?
1.8. In a vertical pipe carrying water, pressure gauges are inserted at points A and B where the pipe diameters are 0.15m and 0.075m respectively. The point B is
2.5m below A and when the flow rate down the pipe is 0.02 m 3/s, the pressure at B is 14715 N/m 2 greater than that at A.
Assuming the losses in the pipe between A and B can be
expressed as g
V k 22
where V is the velocity at A, find the
value of k .
If the gauges at A and B are replaced by tubes filled with water and connected to a U-tube containing mercury of relative density 13.6, give a sketch showing how the levels in the two limbs of the U-tube differ and calculate the value of this difference in metres. Solution:
d A =0.15m; d B =0.075m z A -z B =l =2.5m Q =0.02 m 3/s,
p B -p A =14715 N/m 2
s m d Q
V V d Q A
A A
A /132.115.0785.002
.04
4
2
22=?==
=
π
s
m d Q
V V d Q B
B B
B /529.4075.0785.002
.04
4
2
22=?=
=
=
π
π
When the fluid flows down, writing mechanical balance equation
2
22222A
B B B A A A
V k
V g z p V g z p +++=++ρρ 2
13.1253.4100014715213.181.95.2222k ++=+?
Figure for problem 1.8
Pa d VL p 115201.01206.005.0323222=???==?μ
k 638.0260.10715.14638.0525.24++=+
=k 0.295
making the static equilibrium
g R g x g l p g R g x p H g A B ρρρρρ+?++=+?+()()
mm g
g
l p p R g
H A B 7981
.91260081
.910005.214715-=???-=
---=
ρρ
ρ
1.9． .
Solution:
(1) From Fanning equation
and
so
Fluid flows from station a to station b , mechanical energy conservation gives
hence
2
from station c to station d
hence
3
From static equation p a -p b =R 1（ρˊ-ρ）g -l ρg 4 p c -p d =R 2（ρˊ-ρ）g 5 Substituting equation 4 in equation 2 ，
then
Figure for problem 1.9
22
V d l h fab λ=2
2
V d l h fcd λ=fcd
fab h h =fab b a h p p +=+ρρlg fab b a h p p =+-lg ρfcd d c h p
p +=ρρfcd d
c h p p =-ρ
therefore
6
Substituting equation 5 in equation 3 ，then
7
Thus R 1=R 2
1.10
solution: 1）1600001
.01000
004.04.0Re =??=
=
μ
ρ
ud
from Hagen-Poiseuille equation
1600004.0001
.024.032322
2=???==
?d uL P μ m g p h 163.081
.910001600=?=?=
ρ 2）maximum velocity occurs at the center of pipe, from equation 1.4-19 max
0.5V
u =
so u max =0.4×2=0.8m
3）when u=V=0.4m/s Eq. 1.4-17
2
max
1???
? ??-=w r r u u
5.0004.01max
2
=???
??-u V r ＝ m r 00284.071.0004.05.0004.0=?==
fab h g l g R =+--'lg 1ρ
ρρρ）（g R h fab ρρ
ρ-'=1
g R
h fcd ρρρ-'=2
Figure for problem 1.10
4) kerosene:
427003
.0800
004.04.0Re =??=
=
μ
ρ
ud
Pa p
p 4800001
.0003.01600=='?='?μμ m g p h 611.081
.98004800=?=''?=
'ρ
Solution ：
(1) When the gate valve is opened partially, the water discharge is Set up Bernoulli equation between the surface of reservoir 1—1’ and the section of pressure point 2—2’，and take the center of section 2—2’ as the referring plane, then
∑+++=++21,22
22121122—f h p u gZ p u gZ ρ
ρ （a ）
In the equation 01=p (the gauge pressure)
222/396304.181.910004.081.913600m N gh gR p O H H g =??-??=-=ρρ 0
021=≈Z u
When the gate valve is fully closed, the height of water level in the reservoir can be related
to h (the distance between the center of pipe and the meniscus of left arm of U tube).
gR h Z g H g O H ρρ=+)(12
（b ）
where h=1.5m
R=0.6m
Substitute the known variables into equation b
Figure for problem 1.12
22
22_1,113.22)5.01.015025.0(2)(66.65.11000
6
.013600V V
V K d l h m
Z c
f =+?=+==-?=
∑λ Substitute the known variables equation a
9.81×6.66=2213.21000
396302V V ++ the velocity is V =3.13m/s
the flow rate of water is
h m V d V h /5.8813.312.04
36004
360032=???
=?
=π
π
2） the pressure of the point where pressure is measured when the gate valve is wide-open. Write mechanical energy balance equation between the stations 1—1’ and 3-3′，then
∑+++=++31,32331
21122—f h p V gZ p V gZ ρ
ρ （c ）
since m Z 66.61=
3
11300
p p u Z =≈= 2
2
2
3_1,81.4 2
]5.0)151.035(025.0[ 2
)(V V V K d l l h c e f =++=++=∑λ
input the above data into equation c ，
9.8122
V 81.42
66.6+=?V the velocity is: V =3.51 m/s
Write mechanical energy balance equation between thestations 1—1’ and 2——2’, for the same situation of water level
∑+++=++21,2
222121122—f h p V gZ p V gZ ρ
ρ
（d ）
since m Z 66.61=
21210
03.51/0(page pressure Z u u m s
p =≈≈=）
kg J V K d l h
c f /2.262
51.3)5.01.015025.0(2)(2
22
_1,=+?=+=∑λ
input the above data into equation d ，
9.81×6.66=2.261000
251.322
++p the pressure is: 329702=p
1.14 Solution ： The variables of main pipe are denoted by a subscript1, and branch pipe by subscript
2.
The friction loss for parallel pipelines is 2
12
1
S S s f f V V V h h
+==∑∑
The energy loss in the branch pipe is
2
222222
2
u d l l h
e f ∑∑+=λ In the equation
03.02=λ
s
m u d m
l l e /343.0053
.04
360072
.2053
.0102
2222=??
=
==+∑π
input the data into equation c kg J h
f /333.02
343.0053.01003.02
2
=??=∑
The energy loss in the main pipe is
333.02
211112
1
===∑∑u d l h h
f f λ
So s m u /36.22
018.02
3.0333.01=???=
The water discharge of main pipe is
h m V h /60136.23.04
3600321=???
=π
Total water discharge is
h m V h /7.60372.26013≈+=
1.16 Solution:
Writing mechanical energy balance equation between the inlet 1 and throat o
f o o h V p V p ++=+2
22211
ρρ 1 rearranging the equation above
f o o
h V V p p +-=-2
2
121ρ
2
from continuity equation
112
2
1
125.625V V d
d V V o o =??? ??=???
? ??= 3 substituting equation 3 for V o into equation 2 gives
()
f
f f f o
h R h R
h V h V V p p +=+=+=+-=-94.1185.203.1903.192
06.392
2121211ρ
4
from the hydrostatic equilibrium
g R p p O H H g o )(21ρρ-=- 5
substituting equation 5 for pressure difference into equation 4 obtains
f O
H O H Hg h R g
R +=-94.118)(2
2ρρρ 6
rearranging equation 6
kg J R R R R g
R h O
H O H Hg f /288.267.494.11861.12394.118)(2
2==-=--=
ρρρ
1.17.
Solution: a)
2.050
1010==D D
=
?-=-=-81.9)1300013600(1.0)(21g R p p H g ρρ
s kg V D m /187.013000183.001.04
4
2220=???=
=
π
ρπ
b) approximate pressure drop
=?-=-=-81.9)1300013600(1.0)(21g R p p H g ρρ588.6Pa
2.1
Solution:
Write the mechanical energy balance equation between the suction connection and discharge connection
2_1,22
22121122f H g
p g u Z H g p g u Z +++=+++ρρ
where
m Z Z 4.012=-
Figure for problem 1.17
()s m p p D D C V o /183.030.061.00906.061.01300081.9)1300013600(1.022.0161.021*******=?=≈?-?-=-???? ??-=ρ
(Pa 1052.1(Pa 1047.22_1,215241≈=?=?-=f H u u pressure gauge p pressure gauge p ））
total heads of pump is m H 41.1881
.9100010247.01052.14.05
5=??+?+
= efficiency of pump is
N N e /=η
since kW g QH N e 3.13600
81
.9100041.18263600=???==
ρ N=2.45kW
Then mechanical efficiency
%1.53%10045
.23
.1=?=
η The performance of pump is
Flow rate ，m3/h 26 Total heads ，m 18.41 Shaft power ，kW 2.45 Efficiency ，%
53.1
2.2
Solution:
Equation(1.6-9)
s
m Rg D d C V f /12.444.69375
.062.01000
)
100013600(81.9168.025025162.0214
4
000=?=-????
? ??-=
-??? ??-=ρ
ρρ）
（
Mass flow rate
s kg S V m o o /02.21000025.04
14
.312.42=???
==ρ 2) Fluid flow through the pipe from the reactor to tank, the Bernoulli equation is as follows for V 1=V 2
f H z g
p p H +?+-=
ρ1
2 ?z=10m
Pa p 7570710013.1760
200
1081.95.054=??+
??=? ?p/ρg=7.7m
The relation between the hole velocity and velocity of pipe
Friction loss
so
H=7.7+10+5.1=22.8m
2.3 .. Solution :
From an energy balance,
Where
P o =760-640=120mmHg
P v =760-710=50mmHg
Use of the equation will give the minimum height H g as
2.4 Sulphuric acid is pumped at 3 kg/s through a 60m length of smooth 25 mm pipe. Calculate the drop in pressure. If the pressure drop falls by one half, what will the new flowrate be ?
s m D d V V /12112.42
200=???
???=??
? ??=m g u d l f
H f 1.581
.92105.0200025.0242
2=??==NPSH H g
p p H f v
o
g ---=ρm
NPSH H g
p p H f v
o g 55.335.181.9100081.913600)05.012.0-=--???-=---=
（ρ
? Density of acid 1840kg/m 3 ?
Viscosity of acid 25×10-3 Pas
Solution:
Velocity of acid in the pipe:
s m d m d m
pipe of area tional cross flowrate volumetric u /32.3025.01840785.03785.04
sec 2
22=??===-=
ρπρ
Reynolds number:
6109102532
.31840025.0Re 3
=???=
=
-μ
ρu
d
from Fig.1.22 for a smooth pipe when Re=6109, f=0.0085 pressure drop is calculated from equation 1.4-9
kg J u d l f p
h f /4502
32.3025.0600085.04242
2=?==?=ρ
kPa p 5.8271840450=?=?
or friction factor is calculated from equation1.4-25
kg
J u d l u d l f p
h f /4262
32.3025.0606109046.042Re 046.042422
.02
2.02=???==?=--＝ρkPa p 84.7831840426=?=?
if the pressure drop falls to 783.84/2=391.92kPa
8
.18
.12.12
.038
.12
.12
.022
.0012.089.1079`2
025.060102518401840046.042046.042Re 046.043919202u u u d
l u d l p p =??
? ?????=???? ?????==?='?----ρμρρ＝
so
s m u /27.236.489
..1079012.03919208
.18
.1==?=
new mass flowrate=0.785d 2u ρ=0.785×0.0252×2.27×1840=2.05kg/s
2.4 Sulphuric acid is pumped at 3 kg/s through a 60m length of smooth 25 mm pipe. Calculate the drop in pressure. If the pressure drop falls by one half on assumption that the change of friction factor is negligible, what will the new flowrate be ?
Density of acid 1840kg/m 3
Viscosity of acid 25×10-3 Pa Friction factor 32
.0Re 500
.00056.0+=f for hydraulically smooth pipe
Solution:
Write energy balance equation:
f h g
u z g p H g u z g p +++=+++222
2
222111ρρ g
u d l g p h H f 22
λ
ρ=?== 34
2=ρπ
u d
s m d u /32.31840025.014.312432
2=??=?=
ρπ 611510
251840
025.032.3Re 3
=???=
- 0087.06115
5
.00056.0Re 500.00056.032
.032.0=+=+
=f 92.4681
.9232.3025.0600087.0422
2=??==?==g u d l g p h H f λρ
Δp=46.92×1840×9.81=847.0kpa
2.6
solution ：
∑+++=+++f A
A A A A
A h u p g z w u p g z 2
222ρρ
ρ
λρ
22p u d l h p p f B
A ?+
==-∑ 247.0334.162
=??
?
??=A A o ()()s m gR C u /5.8870
870136006.081.9297.063.02247.012
00=-??=''--=
ρρρ
∴u = (16.4/33)2×8.5=2.1m/s
∴242
/76855105.32
1.2033.030870
024.0m N h p p f B A =?+?==-∑ρ (2)
W u d p Wm 1381.2033.0785.0768554
Ne 22
=???=?=
=ρπρ so
the ratio of power obliterated in friction losses in AB to total power supplied to the fluid
％％＝461006
.0500138
??
3.2
Solution:
The gravity settling is followed Stocks ’ law, so maximum diameter of particle settled can be calculated from Re that is set to 1
1Re ==
μ
ρ
t c t u d , then
ρ
μc t d u =
equation 3.2-16 for the terminal velocity
μ
ρρρμ
18)(2
g d d S c c -=
solving for critical diameter
3
2
)(224.1g
d S c ρρμ-=
Check up the appendix
The density of 20℃ air ρ=1.205 kg/m3 and viscosity μ=1.81×10-3N ·s/m 2
m
m d c μ3.571073.5205.1)205.12650()1081.1(224.153
2
3=?=?-?=--
when Reynolds number ≥1000, the flow pattern follows Newton ’s law and terminal velocity can be calculated by equation 3.2-19
()
ρ
ρρ-=p p t gd u 75
.1 1
critical Reynolds number is 1000Re ='=
μ
ρt c
t u d ， 2
rearranging the equation 2 gives
ρμ
c
t d u '=
1000 3 combination of equation 1 with equation 3
ρ
ρρρμ
g d d S c c )(74.11000-'=' solving for critical diameter
32
)(3.32μ
ρ
ρρ-='S c
d
um
m d c
151210512.1205.1)205.12650()1081.1(3.323323=?=?-?='--
3.3
solution:
to calculate terminal velocity from the equation 3.2-16
()μ
ρρ182
g d u p p
t -=
The density of 21℃ air ρ=1.205 kg/m3 and viscosity μ=1.81×10-5N ·s/m 2
()s m g d u p p
t /181.01081.11881
.9)205.12403()1050(185
262
=???-?-=
--＝μ
ρρ
t BLu Q = so
286.20181
.0605.226m u Q BL t =?==
1 from equation3.3-4
t
u H u L = the maximum permissible velocity of the air is 3m/s
181
.03H L = H L 58.16= 2
set B to be 3m , then from equation 1 L =7m And H =0.42m
3.4 Solution: D =0.4m B =D /4=0.1m h =D /2=0.2m
s m hB Q u i /9.131
.02.036001000=??==
According to the equation3.3-12 for N=5：
m m u N B d i p c μπρρπμ81089
.13)02300(5)
1.0)(106.3(9)(965=?=?-?≈-=--
3.6
Solution:
The equation for the constant-pressure filtration t KA VV V m 222=+
5min .1l 51.0212
2?=+K V m 10min .6.1l 101.06.126.12
2??=?+K V m
1
《内燃机原理》课程教学大纲 课程名称：内燃机原理（Internal Combustion Engine） 课程代码： 学分/学时：3学分/51学时 开课学期：秋季学期 适用专业：车辆工程、动力机械及工程、船舶工程等相关专业 先修课程：工程热力学、传热学、流体力学、机械原理与设计 后续课程：现代发动机设计、发动机电子控制技术、发动机排放控制技术 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质：内燃机原理是车辆工程、动力机械及工程、船舶工程等专业的一门重 要专业技术基础课，是培养发动机设计工程师和科研人员的主干、核心课。 教学目标：内燃机原理是一门理论性较强的专业课程，是汽车及内燃机工程专业 的核心课程。通过本门课程的学习，要使学生掌握内燃机工作过程各项性能指标的概念和内涵，熟悉内燃机理论和实际工作循环的特点，学习内燃机的充量更换、燃料供给与调节、混合气的形成与燃烧以及污染物的生成与排放控制等方面的工作原理及影响因素，能运用所学知识，分析提高内燃机各种工作性能指标、降低排放的技术措施和适用条件，培养成为熟悉内燃机原理的研究或设计人才。为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A5.1、A5.2、A5.3、B2、B4、C2） 本课程通过本课程的学习，使学生熟练掌握内燃机工作过程的性能指标，把握点燃式汽油机和压燃式柴油机的混合气形成、燃烧及排放等工作过程的特点，掌握如充量更换规律、现代内燃机燃料供给与调节方式、内燃机各种污染物的生成原理与控制方法等，在此基础上，能够对运用所学内燃机的原理知识，分析内燃机强化、降低油耗和减少排放等各项技术的工作机理和工程实际的可行性。要求学生能够掌握内燃机常规试验的方法和技巧。同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说： （1）掌握内燃机关键性能参数的定性概念，能够把握住内燃机正常的工作状态（A5.1） 2
1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 2222112f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22112212f U U Z g+W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22V 20U 1.97m /s A 3600*4006 ===π/*. 1Z 0= 2Z 15= 42 2.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002 =-+++= N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ== 3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation:
1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的（热传导）和边界层外的（对流传热）合并考虑，并命名为给热。 2、在工程计算中，对两侧温度分别为 t1,t2 的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；λ = 3、图 3-2 表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为或。体的走向为 管程，管程流 1 1 4 2 2 3 3 5 图 3-2 3-18 附图答案：4；2 → 4 → 1 → 5 → 3；3 → 5 → 1 → 4 → 2 4、4.黑体的表面温度从 300℃升至 600℃，其辐射能力增大到原来的（5.39）倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比, ? 600 + 273 ? 摄氏温度,即 ? ? =5.39。 ? 300 + 273 ? 5、 3-24 用 0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内， 20℃升至 60℃，由则管内壁的温度约为（100℃） 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由 20℃升至 75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率 0.65，则油的入口温度为 (104℃)。 7、因次分析法基础是 (因次的一致性)，又称因次的和谐性。 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的(剪应力) 9、如果管内流体流量增大 1 倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的(2 倍) 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时4 倍。 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的（速度梯度），即使（粘度）很小，（内摩擦应力）仍然很大，不容忽视。 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的（惯性力）与（粘性力）之比。 13、滞流与湍流的本质区别是（滞流无径向运动，湍流有径向运动） 二、问答题：问答题： 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个 U 形管压差计中,同一水平面上的两点 A、或 C、的压强是否相等？ B D P1 A P2 p 水 B C 空气 C 水银图 1－1 D 水 P1 1－1 附图 P2 A B D p h1 。 答：在图 1—1 所示的倒 U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为 P。由流体静力学基本方程式： p A = p + ρ空气 gh1 + ρ水 gh1 p B = p + ρ空气 gh1 + ρ空气 gh 1 Q ρ水 > ρ空气 p C = p + ρ空气 gh1 ∴ p A> pB 即 A、B 两点压强不等。而
传热学基础试题 一、选择题 1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为 A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1
A. 0.5 B. 0.65 C. 0.15 D. 0.35 7.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 8．当采用加肋片的方法增强传热时，将肋片加在（）会最有效。 A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将( )材料放在内层。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流速 B.管内加插入物增加流体扰动 C. 设置肋片 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 15.冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小
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 =??→?0lim
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/m2 3、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＝hφ 11、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
,考试作弊将带来严重后果! 华南理工大学期末考试 《 流体力学与传热 》试卷 1. 考前请将密封线内填写清楚; ２. 所有答案请直接答在试卷上（或答题纸上)； 3.考试形式:闭卷； 、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍,阻力损失为原来的 4 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/２ 倍。 、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N －Q 和 η－Ｑ 曲线 、气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 ４、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(１)离心泵最常用的调节方法是 Ｂ （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮 ）漩涡泵常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。 6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 ,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。 、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体,应让加热蒸汽在 壳程流动,加热器顶部设 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、(1)为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 Ａ (A ）表面光滑,颜色较浅; （B)表面粗糙,颜色较深 （C ）表面粗糙,颜色较浅 (2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?,出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是＿Ｃ__。 （A)接近空气平均温度 (B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。
传热学基础 一、填空题 1、传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。 热传导、热对流、热辐射 2、传热过程可分为不随时间变化的和随时间变化的。 稳态传热、非稳态传热 3、对流换热实质是和两种传热机理共同作用的结果。 热对流、导热 4、某瞬时物体内部各点温度的集合称为该物体的，其同温度各点连成的面称为，其法线方向上温度的变化率用表示。 温度场、等温面、温度梯度 5、当物质的种类一定时，影响导热系数大小的外因主要是和。 6、表示物体的蓄热量与界面上换热量的比值称为。 时间常数 7、在湍流传热时，热阻主要集中在，因此，减薄该层的厚度是强化的重要途径。 层流内层、对流传热 8、对流传热系数的主要影响因素有（1）（2）（3）（4）（5） 。 流体的种类和相变化的情况；流体的性质；流体流动的状态；流体流动的原因； 穿热面的形状、分布和大小 9、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正的影响。当流体被加热时，n 取，被冷却时n 取。 热流方向、0.4、0.3 10、努塞尔特准数Nu 表示的准数，其表达式为，普兰特准数Pr 表示的准数，其表达式为。 对流传热系数、λ αl Nu =、物性影响、λμP C =Pr 11、蒸汽冷凝有和两种方式。 膜状冷凝、滴状冷凝 12、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为。 1λ<2λ 二、简答题 1、何谓热对流？何谓对流传热？对流换热又可分为哪两大类？ 答：热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。通常，对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程，它是热对流和热传导的结合。它又可分为强制对流和自然对流两类。 2、请简述辐射换热区别于导热和热对流方式最主要的特征。 它是唯一一种非接触的传热方式；它不仅产生能量转移，而且还伴随着能量形式的转换，即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。 3、请简述在非稳态导热过程中物体中温度分布存在的两个阶段。
流体力学与传热学试题及参考答案 一、填空题：（每空1分） 1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的 和边界层外的 合并考虑，并命名为给热。 答案：热传导；对流传热 2、在工程计算中，对两侧温度分别为t1,t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是 或 。 答案；2 2 1λλλ+= - ；2 2 1t t += - λ 3、图3-2表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为 管程，管程流体的走向为 或 。 1 2 3 图3-2 3-18 附图 答案：4；2→4 →1→5→3；3→5→1→4→2 4、黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非 摄氏温度,即4 273300273600?? ? ??++=5.39。 5、3-24 用0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内，由20℃升至60℃，则管内壁的温度约为 。 答案：100℃ 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65，则油的入口温度为 。 答案：104℃ 分析：Θε= 20 20 751--T =0.65 ∴1T =104℃ 1 2 3
7、因次分析法的基础是 ，又称因次的和谐性。 答案：因次的一致性 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的_____________。 答案：剪应力 9、如果管内流体流量增大1倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的 倍。 答案：2 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的 倍。 答案：4 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的_______________，即使____________很小，____________仍然很大，不容忽视。 答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的______ 与__ ____ 之比。 答案：惯性力；粘性力 13、滞流与湍流的本质区别是 。 答案：滞流无径向运动，湍流有径向运动； 二、问答题：（每小题8分） 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？ 答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。 如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个U 形管压差计中,同一水平面上的两点A 、B 或C 、D 的压强是否相等？ 水银 图1－1 1－1附图 12
课程名称：流体力学与传热学 课程编号：130 200040 课程学分：36学分 适用专业：测控技术与仪器 流体力学与传热学教学课程大纲 一、课程性质与任务： 本课程是自动化装置、过程控制系统方向的技术基础课。 通过该课程的学习，使学生对流体平衡、运动规律及能量守恒与转换规律方面具备必要的基本知识，获得传热的一些基本理论、基本知识及传热计算的初步能力，学会运用基本规律来处理和解决实际问题的方法和技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学生学习后续课程，从事工程技术工作和进行科学研究打下必2要的基础。 二、课程内容及要求： 总学时数：36； 2学时/端午节放假一天。即共17次课。 第一章绪论（2） a) 流体力学工程应用及其主要的物理性质 基本要求 了解：流体力学的研究对象 流体力学：研究流体平衡、机械运动的规律以及在工程实际中的运用、 任务 研究流体的运动规律； 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。 和研究方法； 熟悉：流体宏观模型─连续介质 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。
、理想流体、不可压缩流动； 掌握：流体的粘性 流体微团发生相对运动时所产生的抵抗变形、阻碍流动的性质 和压缩性 温度一定时，流体在外力作用下，其体积缩小的性质 等物理性质。 教学及考核内容 流体的定义，在静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体。 连续介质的概念，流体的主要物理性质（粘性－牛顿内摩擦定律、 流体相对运动 时，层间内摩擦力T 的大小与接触面积、速度梯 而与接触面 压缩性），（质量力、表面力）。 第二章 流体静力学理论基础（4） a) 流体的平衡微分方程 ；流体静力学基本方程；
表面张力的影响 在自然界中看到很多表面张力的现象。比如，露水总是呈球型，而某些昆虫漂浮在水面上。 在水中加入洗涤剂才能清除衣服上的油污，因为洗涤剂含有去污作用的化学物质及表面活性剂，表面活性剂能降低水的表面张力，发生润湿、乳化、分散和起泡等作用。 液体与固体壁接触时，液体沿壁面上升或下降的现象 （1）常见的毛细现象：植物茎吸水，粉笔吸墨水。 （2）有些情况下毛细现象是有害的： 建筑房屋的时候,地基中毛细管会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿。 土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。 河道中水位和流量的变化 洪水期中水位、流量有涨落现象－非恒定流 平水期中水位、流量相对变化不大－恒定流 容器中液体 当其中的液体处于相对平衡－恒定流。 当容器的旋转角速度突然改变，则容器中的液体运动为--非恒定流 大海中潮起潮落现象－非恒定流 生产中为了安全生产等问题常设置一段液体柱高度封闭气体，称为液封。 作用： ①保持设备内压力不超过某一值； ②防止容器内气体逸出； ③真空操作时不使外界空气漏入。 导热 导热是依靠物质微粒的热振动而实现的。产生导热的必要条件是物体的内部存在温度差，因而热量由高温部分向低温部分传递。 发生导热时，沿热流方向上物体各点的温度是不相同的，呈现出一种温度场，对于稳定导热，温度场是稳定温度场，也就是各点的温度不随时间的变化而变化。 5)量纲与单位： 量纲：物理量所属种类，称为这个物理量的量纲,量纲也称因次（Demension）。 单位：度量各种物理量数值大小的标准。即单位是度量某一物理量的基值，预先人为选定的 6)量纲分类：基本量纲和导出量纲。基本量纲彼此独立（长度L，温度Θ，质量M，时间T），导出量纲由基本量纲组合而成（密度，粘度系数，速度等）。 7) 量纲的和谐性及其应用 一个物理量的量纲与这个量的特性有关，与它的大小无关。 不同量纲的物理量不能加减，任何一个正确的物理方程中，各项量纲一定相同。 如果一个物理方程量纲和谐，则方程的形式不随量度单位的改变而改变。 1、（从传热角度）住新房和旧房的感觉一样么？ 1、由于水的导热系数远远大于空气,而新房墙壁含水较多,所以住新房感觉冷.
Midterm Examination for Fluid Mechanics and Heat Transfer Grade 2004 Name Student No. Class Score 1.(10 points) True or false (1)( ) When a fluid passes through a pipe, the total mechanical energy in section 1 (inlet) is always equal to that in section 2 (outlet). (2)( ) When the developed head H is the same, one pump can not develop more volume flow rate than that two same pumps which work in parallel. (3)( ) In a laminar flow, the frictional loss is proportional to velocity square. (4) ( ) A reciprocating pump is not subject to air binding. (5) ( ) There are three types of flow, that is, laminar, transitional and turbulent flow. 2.(30 points) Fill in the blanks or choose the correct answer (1) The orifice meter belongs to , flow rate meter; while the rotameter is , flow rate meter. A) constant pressure drop; B) constant area; C) variable pressure drop; D) variable area (2) ( ) In order to avoid the cavitation, which of the following methods is feasible? A)increase the operating temperature; B)decrease the diameter of suction pipe; C)install the valve or fittings in the suction pipeline; D)reduce the frictional loss in the suction pipeline (3) The orifice meter is used to measure ; the rotameter is utilized to measure ; the Pitot tube is used to measure . A.average velocity in the orifice; B.volume flow rate in the orifice; C.average velocity in annular space between the float and tube wall; D.volume flow rate in annular space between the float and tube wall; E.local velocity in the pipe; F.average velocity in the pipe
,考试作弊将带来严重后果！ 华南理工大学期末考试 《 流体力学与传热 》试卷 1. 考前请将密封线内填写清楚； 所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)； ．考试形式：闭卷； 、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍，阻力损失为原来的 4 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/2 倍。 、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N-Q 和 η-Q 曲线等。 、气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。 、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(1)离心泵最常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮 2）漩涡泵常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。 6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 差异， 、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。 、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 壳程流动，加热器顶部 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、（1）为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 A （A ）表面光滑，颜色较浅； （B ）表面粗糙，颜色较深 （C ）表面粗糙，颜色较浅 （2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?，出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是_C__。 （A ）接近空气平均温度 （B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。
Problems of Fluid Flow and Heat Transfer for Unit Operations of Chemical Engineering ZHONG Li (College of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology) 1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 2. The fluid (density 1200 kg/m3 ) is pumped at a constant rate 20 m3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation: h f =6.5U2 where U is the velocity in the pipe, find a. water velocity at section A-A'. b. water flow rate, in m3 /h.
课程编号：0512280 流体力学与传热学教学大纲 Fluid Dynamics and Heat T ransfer 总学时：48学时 总学分：3学分 课程性质：必修课 开设学期及周学时分配：第5学期，周时数3 适用专业及层次：自动化学院测控专业第三学年 相关课程：高等数学，普通物理，工程力学，工程热力学 教材：《流体力学》，景思睿，西安交通大学出版社，2001第1版 《传热学》，杨世铭，陶文铨，高等教育出版社， 推荐参考书：《流体力学》，吴望一，北京大学出版社，1995 《流体力学》，江宏俊，高等教育出版社，1985 《流体力学基础》，潘文全，机械工业出版社，1987 《传热学》，戴锅生，高等教育出版社，1998 《传热学》，赵镇南，高等教育出版社，2002 《传热学》，章熙民，建筑工业出版社，1998 《流体流动与传热》，王纬武，北京，化学工业出版社，2002 《传热学》，葛新石译，科学出版社，2002 一、课程目的及要求： 《流体力学与传热学》是自动化专业中自动化装置、过程控制系统方向必修课中的一门技术基础课。它的教学目的与任务是：通过该门课程的学习，要求学生在流体平衡、运动规律及能量守恒与转换规律方面具备必要的基本知识，获得传热的一些基本理论、基本知识及传热计算的初步能力，学会运用基本规律来处理和解决实际问题的方法和技能。 二、课程内容及学时分配： 第一部分流体力学 第零章绪论 内容： 流体力学的研究对象、任务和研究方法 学时分配：2学时 第一章流体及其主要物理性质 内容： 1．1流体与连续介质模型 1．2流体的粘性 1．3流体的可压缩性 1．4流体的表面张力 1．5作用在流体上的力 学时分配：2学时 第二章流体静力学
计算流体力学及传热学结 课论文 题目：岩石破碎与破岩工具 姓名：XX 老师：XX 学号：XX 专业：XX 日期：2014.6.5
螺旋槽纹管基于FLUENT的流体分析 XX （西南石油大学，成都，610500） 摘要：根据螺旋槽纹管的特点，以高温水为介质，用GAMBIT建立了三维螺旋 槽纹管的几何模型模型，采用SIMPLE算法，数值模拟了高温水介质在三维螺 旋槽纹管中流动过程；紊流模型采Realiable k—ε用型，揭示了热水在受到螺旋槽纹影响时的流动规律。通过数值模拟结果可知：螺旋槽纹管内热水主要通过加强壁面水层附近流体动，使管内换热得以强化；螺旋槽纹管与光滑管阻力损失系数比约为4，与实验数据很好地相吻合，可为优化以水为介质的换热器参数的设计，提高换热效率提供一定的理论依据。 关键词：螺旋槽纹管；换热效率；数值模拟 0引言 高效强化传热管的研究一直是传热领域最活跃和最有生命力的重要研究课题，为此人们开发了各种高效异形强化管[1]，其中的一个重要分支螺旋槽纹管（亦称螺纹管）。螺旋槽纹管是一种管壁上具有外凸内凹的螺旋形槽的高效传热异型管，其螺旋槽所导致的形体阻力产生逆向压力梯度，近壁流体流经管壁上螺旋状凸肋时，使边界层出现分离，破坏了流动边界层，加强了流体的径向混合，从而提高了传热速率[2]。目前螺旋槽纹管已广泛应用在动力、船舶、车辆、石水和化学工业中的许多换热器设备上。流体在各类螺旋槽纹管中的流动过程较为复杂，虽然许多学者建立了数学模型和相关的关系式，但仍不能表征流体在管内的实际流动情况，本文采用FLUENT软件分析热水在螺纹槽管中的流动情况，为螺纹 槽管的紊流流动和换热提供理论依据[3]。 1螺旋槽纹管基于FLUENT的流体分析FLUENT用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度 和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。本文采用GAMBIT 建模与划分网格，采用FLUENT分析与后处理[4]。 1.1螺旋槽纹问题分析 问题分析：流体流过螺旋槽纹管时，由于受到螺旋槽的影响，使流动受到扰
1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 222211 2f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22 1 12212f U U Z g+ W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200 P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22 V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*. 1Z 0= 2Z 15= 42 2.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002 =-+++= N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ==