1 流体流动与传热

热传递热量通过流体的对流传递热量传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。

传热的方式有三种：传导、对流和辐射。

在介绍流体的对流传热之前，先了解一下传热的基本知识。

一、热传递的基本原理热传递是能量的传递方式，能量从高温物体到低温物体传递，使两者达到热平衡。

热传递的方式有传导、对流和辐射三种。

（一）传导传导是指通过物质内部的分子热振动传递热量的过程。

热量沿温度梯度从高温区域传递到低温区域。

传导率取决于物质的导热性质和温度梯度。

常见的固体和液体都能够传导热量。

（二）对流对流是指通过物体表面上的流体（比如液体或气体）的运动传递热量的过程。

对流分为自然对流和强制对流两种形式。

自然对流是指在温差的驱动下，流体由于密度的差异而形成的运动。

比如，加热后的空气密度减小，上升形成对流。

强制对流是指通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。

强制对流可以通过风扇或泵等设备来搅动流体，加速热量传递。

（三）辐射辐射是指通过电磁波将热量从发光物体传递到其他物体的过程。

辐射可以在真空中传递，无需介质传递。

常见的辐射形式有电磁波、红外线和可见光等。

二、流体的对流传热流体的对流传热是指通过流动的流体传递热量的过程。

流体的对流传热包括自然对流和强制对流。

（一）自然对流传热自然对流传热是指在温差作用下，流体通过密度的差异而产生的运动，从而传递热量。

自然对流传热的机理是流体受热后密度下降，体积膨胀，从而使流体向上运动。

同时，冷却后的流体密度增加，使流体向下运动。

形成这种循环运动的力称为浮力。

自然对流传热最常见的例子就是热气球。

在热气球中，空气被加热后变得轻，从而使热气球得以上升。

（二）强制对流传热强制对流传热是通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。

强制对流传热的机理是外部力搅动流体，使流体中的高温部分与低温部分混合，加速热量的传递。

在实际工程中，强制对流传热是非常常见的应用。

比如，利用风扇将空气吹向加热元件，加速热量传递。

流体力学与传热复习提纲第一章 流体流动1） 压强的表示方法绝对压：以绝对真空为基准的真实压强值表压：以大气压为基准的相对压强值表绝＝p p p a +如果绝对压小于表压，此时表压称为真空度。

例题 当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ，则真空度为 。

测得另一容器内的表压强为1360 mmHg ，则其绝对压强为 。

2） 牛顿粘度定律的表达式及适用条件dydu μτ= 适用条件：牛顿型流体 μ－流体粘度3） 粘度随温度的变化液体：温度上升，粘度下降；气体：变化趋势刚好和液体相反，温度上升，粘度增大。

4） 流体静力学基本方程式5） 流体静力学基本方程式的应用等压面及其条件静止、连续、同种流体、同一水平面6） 连续性方程对于稳定流动的流体，通过某一截面的质量流量为一常数：如果流动过程ρ不变，则1122u A u A =如果是圆管，则121222u d u d =因此管径增大一倍，则流速成平方的降低。

7） 伯努利方程式的表达式及其物理意义、单位不可压缩理想流体作稳定流动时的机械能衡算式∑-+++=+++21,222212112121f s W p u gz W p u gz ρρ 对于理想流动，阻力为0，机械能损失为0，且又没有外加功，则ρρ222212112121p u gz p u gz ++=++ )(2112z z g p p -+=ρ常数==uA m ρs物理意义：理想流体稳定流动时，其机械能守恒。

注意伯努利方程的几种表达形式和各物理量的单位。

例题 如题图所示虹吸装置。

忽略在管内流动损失，虹吸管出口与罐底部相平，则虹吸管出口处的流速8） 流型的判据流体有两种流型：层流，湍流。

层流：流体质点只作平行管轴的流动，质点之间无碰撞；湍流：流体质点除了沿管轴作主流运动外，在其它的方向上还作随机脉动，相互碰撞。

流型的判据： Re <2000，流体在管内层流，为层流区；Re >4000，流体在管内湍流，为湍流区；9） 流体在圆管内层流时的速度分布层流时流体在某一截面各点处的速度并不相等，在此截面上呈正态分布。

1 傅立叶定律傅立叶定律是导热理论的基础。

其向量表达式为:q gradT λ=-⋅ (2-1)式中:q —热流密度，是向量，2/()Kcal m h ；gradT —温度梯度，是向量，℃/m ；λ—导热系数，又称热导率，/()Kcal mh C o ； 式中的负号表示q 的方向始终与gradT 相反。

2 导热系数（thermal conductivity ）及其影响因素导热系数λ（/()Kcal mh C o）是一个比例常数，在数值上等于每小时每平方米面积上，当物体内温度梯度为1℃/m 时的导热量。

导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1度（K ，°C ）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度，w/m·k （W/m·K,此处的K 可用℃代替）。

导热系数为温度梯度1℃/m ，单位时间通过每平方米等温面的热传导热流量。

单位是：W/(m·K)。

3．热传导微分方程推导 ♥ 在t 时刻w 界面的温度梯度为xT∂∂在t 时刻e 界面的温度梯度为dx x T x T dx x x Tx T 22∂∂+∂∂=∂∂∂∂+∂∂ 单位时间内六面体在x 方向流入的热流量为：dydz xT∂∂-λ； 单位时间内六面体在x 方向流出的热流量为：dydz dx x T x T ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂-22λ；单位时间内六面体在x 方向流入的净热量为：dxdydz xT22∂∂λ 图3-1 微分单元体各面上进出流量示意图同理，单位时间内六面体在y 方向流入的净热量为：dxdydz yT22∂∂λ； 单位时间内六面体在y 方向流入的净热量为：dxdydz z T 22∂∂λ； 单位时间内流入六面体的总热量为：dxdydz z T y T xT ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂222222λ (3-1) 六面体内介质的质量为:dxdydz ρ。

化工原理流体知识点总结一、流体的基本性质1. 流体的定义流体是指在受到作用力的情况下，能够流动的物质，包括液体和气体。

2. 流体的分类（1）牛顿流体：满足牛顿流体定律的流体，即剪切应力与剪切速率成正比。

（2）非牛顿流体：不满足牛顿流体定律的流体，如塑料、胶体等。

3. 流体的性质（1）密度：单位体积流体的质量，通常用ρ表示，单位kg/m³。

（2）粘度：流体流动时的内部摩擦阻力，通常用η表示，单位Pa·s或mPa·s。

（3）表观黏度：流体在管道中流动时表现出的粘度，通常用μ表示，单位Pa·s或mPa·s。

（4）流变性：流体在外力作用下的形变特性，包括剪切流变和延伸流变。

4. 流体的运动（1）层流：流体呈层状流动，流线平行且不交叉。

（2）湍流：流体呈旋涡形式混合流动，流线交叉且无规律。

二、流态力学1. 流体静压（1）静压力：流体在容器中受到的压力，通常用P表示，单位Pa。

（2）流体的压强：P = ρgh，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为液面高度。

（3）帕斯卡定律：在静止流体中，内部任意一点的压力均相等。

2. 流体动压（1）动压力：流体在流动状态下受到的压力。

（2）动压公式：P = 0.5ρv²，其中ρ为流体密度，v为流体的流速。

3. 流体的质量守恒（1）连续方程：描述流体在流动中的质量守恒关系。

（2）连续方程公式：ρ1A1v1 = ρ2A2v2，其中ρ为流体密度，A为管道横截面积，v为流速。

4. 流体的动量守恒（1）牛顿第二定律：描述流体在流动中的动量守恒关系。

（2）牛顿第二定律公式：F = ρQ(v2 - v1)，其中F为管道上流体受到的合力，Q为流体流量，v为流速。

三、流体的运动1. 流体的流动类型（1）层流：小阻力、流速较慢。

（2）湍流：大阻力、流速较快。

2. 流体的流动参数（1）雷诺数：描述流体流动状态的无量纲参数，Re = ρvD/η，其中D为管道直径。

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；压力的测量仪表b) 静止流体对平面壁、曲面壁的作用力；液体的相对平衡☐基本要求了解：静压强的概念、性质；熟悉：流体平衡微分方程式；表压力、真空度和绝对压力的概念；掌握：静力学基本方程式（重点）；静压强的分布规律；流体作用在壁上总压力的计算；等压面方程（测压计）☐教学及考核内容流体静压强特性，压强的测量，重力场中静压强分布基本公式，流体作用在壁上总压力的计算。

第一章: 流体流动流体流动是化工厂中最基本的现象。

在化工厂内，不论是待加工的原料或是已制成的产品，常以液态或气态存在。

各种工艺生产过程中，往往需要将液体或气体输送至设备内进行物理处理或化学反应，这就涉及到选用什么型式、多大功率的输送机械，如何确定管道直径及如何控制物料的流量、压强、温度等参数以保证操作或反应能正常进行，这些问题都与流体流动密切相关。

流体是液体和气体的统称。

流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化。

液体有一定的液面，气体则否。

液体几乎不具压缩性，受热时体积膨胀的不显著，所以一般将液体视为不可压缩的流体。

与此相反，气体的压缩民很强，受热时体积膨胀很大，所以气体是可压缩的流体。

如果在操作过程中，气体的温度和压强改变很小，气体也可近似地按不可压缩流体来处理。

流体是由大量的不断作不规则运动的分子组成，各个分子之以及分子内部的原子之间均保留着一定的空隙，所以流体内部是不连续而存在空隙的，要从单个分子运动出发来研究整个流体平衡或运动的规律，是很困难而不现实。

所以在流体力学中，不研究个别分子的运动，只研究由大量分子组成的分子集团，设想整个流体由无数个分子集团组成，每个分子集团称为“质点”。

质点的大小与它所处的空间在、相比是微不足道的，但比分子自由程要大得多。

这样可以设想在流体的内部各个质点相互紧挨着，它们之间没有任何空隙而成为连续体。

用这种处理方法就可以不研究分子间的相互作用以及复杂的分子运动，主要研究流体的宏观运动规律，而把流体模化为连续介质，但不是所有情况都是如此的，高真空度下的气体就不能视为连续介质了。

液体和气体统称为流体。

流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。

化工生产的原料及产品大多数是流体。

在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1) 管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2) 压强、流速和流量的测量；(3) 传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。