热工与流体力学_第4章

大学物理 CH4.1 流体力学第四章流体力学流动性静止流体在任何微小的切向力作用下都要发生连续不断的变形，不断的变形，即流体的一部分相对另一部分运动，即流体的一部分相对另一部分运动，这种变形称为流动。

这种变形称为流动。

连续介质模型设想流体是由连续分布的流体质点组成的的连续介质，流体质点具有宏观充分小，流体质点具有宏观充分小，微观充分大的特点。

微观充分大的特点。

描述流体的物理量可以表示成空间和时间的连续函描述流体的物理量可以表示成空间和时间的连续函数。

内容提要流体的主要物理性质连续性方程、连续性方程、伯努利方程及其应用粘性流体的两种流动状态、粘性流体的两种流动状态、哈根-哈根-泊肃叶定律斯托克斯定律一、惯性惯性是物体保持原有运动状态的性质，惯性是物体保持原有运动状态的性质，表征某一流体的惯性大小可用该流体的密度。

m均质流体：均质流体：ρ=V∆m d mρ(x , y , z )=lim =∆v →0∆V d V液体的密度随压强和温度的变化很小，液体的密度随压强和温度的变化很小，气体的密度随压强和温度而变化较大。

度随压强和温度而变化较大。

二、压缩性流体受到压力作用后体积或密度发生变化的特性称为压缩性。

为压缩性。

通常采用体积压缩率表示流体的压缩性。

d V κ=−单位：单位：m 2/Nd p 体积弹性模量：d pE V ==−κd V 1单位：单位：N / m2或Pa不可压缩流体即在压力作用下不改变其体积的流体。

即在压力作用下不改变其体积的流体。

三、粘性粘性是运动流体内部所具有的抵抗剪切变形的特性。

粘性是运动流体内部所具有的抵抗剪切变形的特性。

它表现为运动着的流体中速度不同的流层之间存在着沿切向的粘性阻力（着沿切向的粘性阻力（即内摩擦力）。

即内摩擦力）。

xd u速度梯度d yd uF =µA 牛顿粘性公式d yµ为动力黏度，为动力黏度，单位Pa ⋅sd u黏滞切应力τ=µd yd u xd u d td γ≈tan(dγ) =d yd u d γ=d y d t d γτ=µd t例1如图所示为一旋转圆筒黏度计，如图所示为一旋转圆筒黏度计，外筒固定，外筒固定，内筒由同步电机带动旋转，同步电机带动旋转，内外筒间充入实验液体。

1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。

联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。

试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。

这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

4． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。

而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。

试从传热学的观点分析这一现象。

答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。

5． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。

热工与流体力学基础第二版知识点《热工与流体力学基础》第二版是一本涵盖热工学和流体力学基础知识的教材。

下面是该教材的主要知识点总结。

第一章：热力学基础1.热力学基本概念：系统、过程、状态、平衡等。

2.热力学第一定律：能量守恒原理，包括内能、功和热量的转化。

3.理想气体的状态方程和理想气体的内能、焓、比热容等基本性质。

4.热力学第二定律：热量无法自流体温度较低的物体传递到温度较高的物体，熵增原理。

5.热力学过程：等温过程、绝热过程、等焓过程、等熵过程等。

第二章：热力学第二定律1.热力学第二定律的表述：克劳修斯表述、开尔文表述、普朗克表述等。

2.热力学可逆性：可逆过程和不可逆过程的区别。

3.温度原理：第二定律的另一个表述。

4.卡诺循环：理想热机的最高效率，热量机和制冷机的理论效率等。

5.热力学状态函数：焓、熵等。

第三章：气体物性1.理想气体状态方程：理想气体的状态方程、气体的通用状态方程等。

2.实际气体的物性：气体的压缩因子、物态方程等。

3.混合气体：混合气体的压力、物态方程等。

4.湿空气的物性：湿空气的物态方程，空气的相对湿度等。

第四章：热力学循环1.热力学循环的基本概念：容器、工质、制冷剂等。

2.理想循环：卡诺循环、斯特林循环、布雷顿循环等。

3. 实际循环：由理想循环引出的实际循环，如Otto循环、Diesel 循环等。

4.循环效率：循环效率的计算和提高方法等。

第五章：流体力学基础1.流体力学的基本概念：流体、运动、静压力、动压力等。

2.流体的物理性质：密度、体积模量、表面张力等。

3. 流体静力学：流体的静力学平衡方程、静压力、Pascal定律等。

4.流体流动的描述：速度场、流线、流管、速度势等。

第六章：定常流动1.流体的连续性方程：质量守恒定律。

2.流体的动量方程：动量守恒定律，流体的动力学压强等。

3. 流体的能量方程：能量守恒定律，Bernoulli方程等。

4.流动的稳定性：雷诺数、层流和湍流等。