流体动量传输原理

冶金传输原理要点及习题左海滨 冶金与生态工程学院 010-62332353 zuohaibin@

第一篇 动量传输力学学科内容与方法比较

流体力学研究内容及方法μ(v),ρ 科学 动量 传输 研究 内容 工程 A,D P 内因 边界条件 外因 流化床，喷枪等设计 参数关系 速度分布 应力分布

动量 传输 研究 方法

理论研究方法

宏观方法(系统论) 微观方法(还原论，微分方程+物理模型+边界条件)

相似理论指导的模型试验 试验研究方法 试验测试手段 流场显示技术 计算流体力学

理论方法中，流体力学引用的主要定理有： (1)质量守恒定律； (2)动量守恒定律；(3)牛顿运动第二定律； (4) 机械能转化与守恒定律：动能+压能+位能+能量损失=const

第一篇 动量传输

动量传输现象在冶金工艺中可解决两类问题 第一类是研究系统内流动参数间的整体关系。例如，管道 中流体流量与压差的关系，钢包钢水流出所需的时间等。 我们只要根据质量、能量和动量平衡原理，就能较容易地 计算出结果来。 第二类是研究系统内部的“微细结构”。例如，研究某一 流场中速度分布，研究湍流能量的耗散模型等。显然，这 要复杂得多，需要求解非线性偏微分方程的数值解。 本篇首先介绍动量传输的基本概念，

第2章 流体静力学

【题2-1】如图2-1所示，一圆柱体d?0.1m,质量m?50kg,在外力

F?520N的作用下压进容器中，当h?0.5m时达到平衡状态。求测压管

中水柱高度H=？

图2-1 题2-1示意图 F?mg解 ?(H?h)??

?2d4H?(F?mg)?44040?h??0.5?12.6??d2????0.12?998?9.81m

【题2-2】两个容器A、B充满水，高度差为a。为测量它们之间的压强差，用顶部充满油的倒U形管将两个容器相连，如图2-2所示。已知油的密度?油?900kg/m3,h?0.1m,a?0.1m。求两容器中的压强差。

图2-2 题2-2示意图

解 ：（略）

参考答案：pA?pB?1075Pa

【题2-3】如图2-3所示，直径D?0.8m,d?0.3m的圆柱形容器自重1000N，支撑在距液面距离b?1.5m的支架上。由于容器内部有真空，将水吸入。若a?b?1.9m,求支架上的支撑力F。

图2-3 题2-3示意图

解: 略

【题2-4】如图2-4所示，由上下两个半球合成的圆球，直径d=2m,球中充满水。当测压管读数H=3m时，不计球的自重，求下列两种情况下螺栓群A-A所受的拉

一、动量传输

1、 流体；连续介质模型；流体模型；动力粘度、运动粘度、恩式粘度；压缩性、膨胀性 2、 表面力、质量力；静压力特性；压强（相对压强、绝对压强、真空度）；等压面 3、 Lagrange 法、Euler法，迹线、流线

4、 稳定流、非稳定流 ，急变流、缓变流，均匀流、非均匀流

5、 运动要素：流速、流量，水力要素：过流断面、湿周、水力半径、当量直径

6、 动压、静压、位压；速度能头、位置能头、测压管能头、总能头；动能、动量修正系数 7、 层流、湍流；自然对流、强制对流

8、 沿程阻力、局部阻力；沿程损失、局部损失 9、 速度场；速度梯度；速度边界层 二、热量传输

1、温度场、温度梯度、温度边界层；热流量、热流密度 2、导热、对流、辐射

3、导热系数、对流换热系数、辐射换热系数、热量传输系数 4、相似准数Fo、Bi、Re、Gr、Pr、Nu

5、黑体、白体、透热体；灰体；吸收率、反射率、透过率、黑度

6、单色辐射力、全辐射力、方位辐射力；角系数；有效辐射；表面网络热阻、空间网络热阻

7、解析法、数值分析法、有限差分法、集总参数法、网络元法 三、质量传输

1、 质量传输；扩散传质、对流传质、相间传质

2、 浓度、速度、传质通量；浓度场、

第4章 流动状态及能量损失

【4-1】某送风平直管道，内径d=300mm,流量Q?74.2m3/min,风温

t?25℃，试判断管中流动状态。

解 管中平均风速为

74.2Q60v???17.5A3.14?0.324m/s

查相关表得25℃时空气的运动粘度为??15.53?10?6m2/s,管内气流的雷诺数为

Re??dudu17.5?0.35???3.375?10?2300 ?6??15.53?10故空气在管道中做湍流流动。

【4-2】 设矩形截面（1.0m×1.5m）的砖砌烟道，排除温度t=600℃的烟气量Q=35000m3/h,烟道长L=10m,表面粗糙度??5mm,烟气的运动粘度??0.9?10?4m2/s,烟气600℃时的密度?0?0.403kg/m3,求摩擦阻力。

解 烟气的平均流速

35000u??6.48m/s 1.0?1.5?3600烟道的当量直径

de?4A4(1.0?1.5)??1.2m S2(1.0?1.5)Re为

Re?ude??6.48?1.2 ?86400(湍流）0.9?10?4烟道的相对粗糙度

?5??0.00417 d1200查图4.9得??0.03,代入达西公式——式（4.26），得

lu2100.40

动量定理实验

一、 概述

动量定理指出：流体微团动量的变化率等于作用在该微团上所有外力的矢量和。即某控制体内的动量在时间dt内的增量等于作用在控制体上所有外力在dt时间内的总冲量。

水射流冲击平板和内半球是用来验证动量定理的一个很好实例，本实验仪则采用水射流冲击平板通过称重系统测出冲击力。

二、 实验目的：

1．测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2．测定动量修正系数，以实验分析射流出射角度与动量力的相关性

3．将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。

三、 设备性能与主要技术参数

1、该实验装置主要由：流量计、水泵、实验水箱、管嘴、蓄水箱和平衡秤等组成。 2、流量计采用LZS-15（60-600）L/h。

3、水泵为增压泵，最高扬程：10m，最大流量：10L/min，转速2800r/min，输入功率90W。

4、量器为平衡杆秤，上面刻度每小各格为2mm,称上平衡游码为150g。

5、实验水箱由有机玻璃制成，顶部装有称重装置，内部则有实验平板与管嘴，其中管嘴距平板距离为40mm，管嘴的内径为9mm。 6、蓄水箱由PVC板焊制而成。容积：35L。

四、 实验原理

1、本实验装置给出计量杠杆为平衡杆称。

动量定理实验

一、 概述

动量定理指出：流体微团动量的变化率等于作用在该微团上所有外力的矢量和。即某控制体内的动量在时间dt内的增量等于作用在控制体上所有外力在dt时间内的总冲量。

水射流冲击平板和内半球是用来验证动量定理的一个很好实例，本实验仪则采用水射流冲击平板通过称重系统测出冲击力。

二、 实验目的：

1．测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。

2．测定动量修正系数，以实验分析射流出射角度与动量力的相关性

3．将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。

三、 设备性能与主要技术参数

1、该实验装置主要由：流量计、水泵、实验水箱、管嘴、蓄水箱和平衡秤等组成。 2、流量计采用LZS-15（60-600）L/h。

3、水泵为增压泵，最高扬程：10m，最大流量：10L/min，转速2800r/min，输入功率90W。

4、量器为平衡杆秤，上面刻度每小各格为2mm,称上平衡游码为150g。

5、实验水箱由有机玻璃制成，顶部装有称重装置，内部则有实验平板与管嘴，其中管嘴距平板距离为40mm，管嘴的内径为9mm。 6、蓄水箱由PVC板焊制而成。容积：35L。

四、 实验原理

1、本实验装置给出计量杠杆为平衡杆称。

“流体混合原理”试题

1. 简述混合物料的种类及其特性

混合物料的分类

黏 性 流 体 牛顿流体 宾汉塑性流体 非 牛 顿 流 体 纯 黏 性 非 牛 顿 流 体 假塑性流体 胀塑性流体 触变性流体 震凝性流体 黏弹性流体 非依时性非牛顿流体 依时性非牛顿流体 ⑴. 牛顿流体：当某种流体上承受的切应力正比于所产生的切应变速率时，

该流体称为牛顿流体。

? ????

其中τ 为剪切应力，Pa；μ 为粘度，Pa·s；γ 为剪切速率，1/s。 (2).非牛顿流体

4 3

2

1

dudy

牛顿流体与非牛顿流体

①非时变性非牛顿流体

这类流体的切应力仅与剪切变形速度有关，即粘度函数(式(2))仅与应变速率有关，而与时间无关。

?????a? 其中 ? 为表观粘度或称粘度函数。

a非时变性非牛顿流体主要包括以下3 种： 1)宾汉流体(或称塑性流体)。

它是只当剪切应力大于某一数值时才开始流动的流体，这时体系并非全部发生形变，而是产生滑动，中间未发生变化的部分仍按原来的结构形式一起向前

冶金传输原理习题

习题课目录第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章动量传输概论积分质量、动量和能量平衡动量传输的微分方程管道中的流动边界层流动射流可压缩气体的流动气固两相流动相似原理与模型研究方法

冶金传输原理习题

动量传输部分前言动量传输现象在冶金工艺中可解决两类问题第一类是研究系统内流动参数间的整体关系。例如，管道中流体流量与压差的关系，钢包钢水流出所需的时间等。我们只要根据质量、能量和动量平衡原理，就能较容易地计算出结果来。第二类是研究系统内部的“微细结构”。例如，研究某一流场中速度分布，研究湍流能量的耗散模型等。显然，这要复杂得多，需要求解非线性偏微分方程的数值解。本篇首先介绍动量传输的基本概念，在此基础上建立积分质量、动量和能量平衡，建立动量传输的微分方程。而以后各章，如管道内流体流动、边界层流动、射流、可压缩气体流动、气固两相流动等都是基本方程在具体条件下的应用。最后，本篇还要介绍相似原理及模型实验研究方法。

冶金传输原理习题

力学学科内容与方法比较

冶金传输原理习题

流体力学研究内容及方法μ(v),ρ科学动量传输研究内容工程 A,D P内因边界条件外因流化床，喷枪等设计参数关系速度分布应力分布

动量传输研究方法

理论研究方法

宏观方

冶金传输原理习题

习题课目录第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章动量传输概论积分质量、动量和能量平衡动量传输的微分方程管道中的流动边界层流动射流可压缩气体的流动气固两相流动相似原理与模型研究方法

冶金传输原理习题

动量传输部分前言动量传输现象在冶金工艺中可解决两类问题第一类是研究系统内流动参数间的整体关系。例如，管道中流体流量与压差的关系，钢包钢水流出所需的时间等。我们只要根据质量、能量和动量平衡原理，就能较容易地计算出结果来。第二类是研究系统内部的“微细结构”。例如，研究某一流场中速度分布，研究湍流能量的耗散模型等。显然，这要复杂得多，需要求解非线性偏微分方程的数值解。本篇首先介绍动量传输的基本概念，在此基础上建立积分质量、动量和能量平衡，建立动量传输的微分方程。而以后各章，如管道内流体流动、边界层流动、射流、可压缩气体流动、气固两相流动等都是基本方程在具体条件下的应用。最后，本篇还要介绍相似原理及模型实验研究方法。

冶金传输原理习题

力学学科内容与方法比较

冶金传输原理习题

流体力学研究内容及方法μ(v),ρ科学动量传输研究内容工程 A,D P内因边界条件外因流化床，喷枪等设计参数关系速度分布应力分布

动量传输研究方法

理论研究方法

宏观方

一、 填空（每空1分 共15分）

1.离心泵叶轮根据叶片出口相对流动角β2的不同可分为三种不同形式，当β2<90 o时为前弯叶片叶轮，β2=90 o时为径向叶片叶轮，β2>90o时为后弯叶片轮lu n ；对应于三种叶轮效率为低、高、中。 2前向式叶轮的叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相同。

3.叶轮是离心泵的能量转换元件，它的结构形式有开式、闭式、半开半闭式三种。 4. 泵与风机中能量转换时的损失可分为机械损失、水力损失、容积损失。 5.要保证泵不发生汽蚀，首先要正确地确定泵的几何安装高度。

6.泵串联运行时，所输送的流量均相等，而串联后的总场程为串联各泵所产生的扬程之和。 二、选择（ 每题2分 共20分）

1．离心式泵的主要部件不包括（B ）

A.叶轮 B.汽缸 C.机壳 D.吸入室 2.在理论能头

HT?222v2?-v1?u2-u1w1?-w2?222???2g2g2g中，表示液体静能头的中（D

2v2?-v1?2）

2u2-u12A．2g B．2