冶金動(dòng)量傳輸原理復(fù)習(xí)(已修改)
2025-05-30 02:43 本頁面
【正文】 冶金傳輸原理要點(diǎn)及習(xí)題 左海濱 冶金與生態(tài)工程學(xué)院 01062332353 力學(xué)學(xué)科內(nèi)容與方法比較 第一篇 動(dòng)量傳輸 流體力學(xué)研究內(nèi)容及方法 μ ( v ) , ρ 內(nèi) 因 A , D 邊 界 條 件 P 外 因科 學(xué)工 程 流 化 床 ， 噴 槍 等 設(shè) 計(jì)參 數(shù) 關(guān) 系速 度 分 布應(yīng) 力 分 布動(dòng) 量傳 輸研 究內(nèi) 容動(dòng) 量傳 輸研 究方 法理 論 研 究 方 法試 驗(yàn) 研 究 方 法宏 觀 方 法 （ 系 統(tǒng) 論 ）微 觀 方 法 （ 還 原 論 ， 微 分 方 程 + 物 理 模 型 + 邊 界 條 件 ）相 似 理 論 指 導(dǎo) 的 模 型 試 驗(yàn)試 驗(yàn) 測 試 手 段流 場 顯 示 技 術(shù)計(jì) 算 流 體 力 學(xué)理論方法中，流體力學(xué)引用的主要定理有： （ 1）質(zhì)量守恒定律； （ 2）動(dòng)量守恒定律；（ 3）牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律； （ 4）機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒定律：動(dòng)能 +壓能 +位能 +能量損失 =const 第一篇 動(dòng)量傳輸 動(dòng)量傳輸現(xiàn)象在冶金工藝中可解決兩類問題 ? 第一類是研究系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)參數(shù)間的整體關(guān)系 。例如，管道中流體流量與壓差的關(guān)系，鋼包鋼水流出所需的時(shí)間等。我們只要根據(jù)質(zhì)量、能量和動(dòng)量平衡原理，就能較容易地計(jì)算出結(jié)果來。 ? 第二類是研究系統(tǒng)內(nèi)部的 “ 微細(xì)結(jié)構(gòu) ” 。 例如，研究某一流場中速度分布，研究湍流能量的耗散模型等。顯然，這要復(fù)雜得多，需要求解非線性偏微分方程的數(shù)值解。 ? 本篇 首先介紹動(dòng)量傳輸?shù)幕靖拍?，在此基礎(chǔ)上建立積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡，建立動(dòng)量傳輸?shù)奈⒎址匠獭?而以后各章， 如管道內(nèi)流體流動(dòng)、邊界層流動(dòng)、射流、可壓縮氣體流動(dòng)、氣固兩相流動(dòng)等都是基本方程在具體條件下的應(yīng)用。 最后， 本篇還要介紹相似原理及模型實(shí)驗(yàn)研究方法。 第一章 流體的基本概念 ? 認(rèn)識流體 ? 由連續(xù)分布的 流體質(zhì)點(diǎn) 組成 ? 連續(xù)介質(zhì)模型 ? 流體性質(zhì) ? 易流動(dòng)性：微小切應(yīng)力作用下，發(fā)生連續(xù)變形 ? 可壓縮性（體積壓縮系數(shù)，體積彈性模量） :液體認(rèn)為不可壓縮，氣體認(rèn)為可壓縮，但氣體流速小于同條件下音速的 壓縮處理； ? 粘性：抵抗剪切變形的能力 dydv xyx ?? ?動(dòng)量通量 第一章 流體的基本概念 ? 作用在流體上的力 ? 表面張力 ? 體積力 ? 表面力 ? 系統(tǒng)與控制體 ? 量綱：長度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度 第二章積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡 ? 本章將討論工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到的在某一有限的空間內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡的問題。這些問題可以通過建立總體平衡加以解決。 可將整個(gè)系統(tǒng) (例如鋼包、噴嘴和管道 )取作控制容積，來確定進(jìn)出口與內(nèi)部變量之間的關(guān)系，而無需對內(nèi)部每一點(diǎn)的規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)的分析。 一般說來，由總體平衡可以建立簡單的代數(shù)方程，對于不穩(wěn)定流動(dòng)，則給出一階微分方程，這在數(shù)學(xué)上是比較容易求解的。因此，總體平衡可以解決工程中設(shè)備的質(zhì)量平衡，能量轉(zhuǎn)換和消耗以及設(shè)備受力情況等有實(shí)際意義的問題。 第二章積分質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡 ? 質(zhì)量守恒積分式 ? 動(dòng)量守恒積分式 ? 能量守恒積分式 ? ? ????? ?????vsdVdAnv 0???? ? ??? ??? ????? FdVvdAnvvvs???? ? ????? ?????????? ?? ??? WQdVEdAnvEvs計(jì)算題 1 ? 圖 21為一圓筒形儲槽，直徑為。槽內(nèi)原盛有 2m深的水。在無水源補(bǔ)充的情況下打開底部閥門放水。測得水流出的質(zhì)量流率w2與水深 z的關(guān)系為： 試問經(jīng)過多少時(shí)間以后，水位下降至 1m？ 2 0. 27 4 /w z k g s?圖 21 簡單控制體的質(zhì)量衡算 ? 解：計(jì)算公式： w2+dM/dt=0 20 . 2 7 4 3 . 1 4 0 . 4 1 0 0 0 0dzzdt? ? ? ? ?1211 8 3 3 .6t d zz? ? ??1211 8 3 3 .61 8 3 3 .6 2 ( 2 1 )1519t d zzts? ? ?? ? ? ???看懂題目，找出規(guī)律，已知條件，求解未知；（正算） 看懂題目，列舉條件，對照未知，反推規(guī)律。（反算） 進(jìn)一步思考 ? 出水口的水流出后屬于什么流動(dòng)？ ? 公式 是如何得出的？ 是理論計(jì)算還是試驗(yàn)測試？ w2除與高度有關(guān)，還與哪些因素相關(guān)？ 如果流體為理想流體，能否依據(jù)伯努利定律求出出口截面積？ 2 ?? 容器內(nèi)是穩(wěn)定還是非穩(wěn)定流動(dòng)？ 計(jì)算題 2 ? 水穩(wěn)定流過 如圖 22所示的暴露在大氣中的漸彎不變徑直角管，管內(nèi)徑為 ，水的主體流速為 20m/s，進(jìn)口壓力為 105N/m2（表壓） 。由于管道很短， 摩擦阻力及重力的影響均可忽略 。試計(jì)算 此管所受合力的量值和方向 。 圖 22 流體流過彎管流動(dòng)時(shí)的受力分析 由于流體作二維流動(dòng)，故本題應(yīng)采用 總動(dòng)量衡算方程來求解 。 彎管 (包括固體壁面 )所受的合力，可分兩步求算： 第一步先根據(jù)圖中側(cè) 面為虛線的范圍求算流體所受的合力，第二步再根據(jù)圖中實(shí)線范圍求算 彎管所受的合力。 (1)．管中流體所受的力 選擇截面①、②及虛線所限定的范圍為控制體。 設(shè)截面 A1和 A2所受的壓力分別為 Pl和 P2(絕壓 )，管壁對流體的壓力為 R’x R’y (設(shè)力的作用方向均與坐標(biāo)軸同向 )。 (2)彎管所受的力 設(shè)彎管所受的力為 Rx和 Ry，其方向均與坐標(biāo)軸同向，于是： 2220 3. 14 0. 05 / 4 10 00 39 .2 5 /39。 ( 25 00 00 3. 14 0. 05 / 4 39 .2 5 20 ) 12 7539。 12 75w k g sR x P A wV NR y P A wV N? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?039。 12 7539。 12 7545Rx Rx NRy Ry N?? ? ?? ? ? ??第三章 動(dòng)量傳輸?shù)奈⒎址匠? ? 雖然采用控制容積建立總體質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡能解決很多工程問題（壓差與流量間關(guān)系，運(yùn)動(dòng)流體作用在物體上的力，泵的功率確定等）。但還有許多現(xiàn)象需要取微元體作為控制容積，推導(dǎo)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒與能量守恒微分方程。 ? 本章首先介紹描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法。然后講述基本物理概念。本章重點(diǎn)是建立連續(xù)性方程、理想流體的歐拉方程和實(shí)際流體的 NS方程。 描述流體運(yùn)動(dòng)的方法 ? 拉格朗日法 ? 歐拉法 ? 質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)（隨體導(dǎo)數(shù)） ? 相互轉(zhuǎn)換 計(jì)算題 1：已知?dú)W拉變量的速度分布： V=k1
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