第一章动量传输 第二讲: 流体及其主要性质 本课的基本要求 1.了解传输的分类;流体的基本特性;气体状态方程。 2.掌握流体的主要特性、状态方程的应用。 3.了解流体的粘性及粘性力;理解粘性动量传输及粘性动量通 量 4.掌握牛顿粘性定律及应用;粘性系数的单位、物理意义、影 响因素。 退出 上1
1 第二讲： 流体及其主要性质 一、本课的基本要求 ⒈ 了解传输的分类；流体的基本特性；气体状态方程。 ⒉ 掌握流体的主要特性、状态方程的应用。 ⒊ 了解流体的粘性及粘性力；理解粘性动量传输及粘性动量通 量。 ⒋ 掌握牛顿粘性定律及应用；粘性系数的单位、物理意义、影 响因素。 第一章 动量传输
第一章动量传输 本课的重点、难点 重点:气体状态方程、牛顿粘性定律 难点:应用、概念的理解和掌握。 退出 上1
2 二、本课的重点、难点： 重点：气体状态方程、牛顿粘性定律。 难点：应用、概念的理解和掌握。 第一章 动量传输
第一章动量传输 第一部分:传输原理(1~3章) 动量、热量、质量传输同时存在,动量传输是最基本的传输过程 例如: 炼铁高炉内气-固两相流动、炼钢转炉内气液两相流动对冶炼过程有 很大的影响。 传输按其产生和存在的条件可分为: 物性传输:由物体本身传输特性构成,取决于物性。 (例如分子扩散取决于扩散系数) 对流传输:由物体的宏观运动所产生,取决于物性,流体的流动状态。 退出 上1
3 第一部分：传输原理 (1~3章) 动量、热量、质量传输同时存在，动量传输是最基本的传输过程。 例如： 炼铁高炉内气-固两相流动、炼钢转炉内气液两相流动对冶炼过程有 很大的影响。 传输按其产生和存在的条件可分为： 第一章 动量传输 对流传输：由物体的宏观运动所产生，取决于 物性，流体的流动状态。 例如分子扩散取决于扩散系数 物性传输：由物体本身传输特性构成，取决于 物性。 ( )
第一章动量传输 第1章动量传输 实质:流体流动过程中力、能平衡问题,相互平衡相互转换。 §1.1流体的主要性质 流体:自然界中能够流动的物质,如液体和气体 基本特性:流动性(剪切力作用下连续变形) 压缩性(膨胀性)V∝T/P 粘性(阻滞流动的性质) 连续性 退出 上1
4 第1章 动量传输 实质：流体流动过程中力、能平衡问题，相互平衡相互转换。 §1.1 流体的主要性质 流体：自然界中能够流动的物质，如液体和气体。 基本特性： 粘性(阻滞流动的性质) 连续性 第一章 动量传输 流动性(剪切力作用下连续变形) 压缩性(膨胀性) V T P
第一章动量传输 1.1.1流体的压缩性及膨胀性 流体的密度、重度及比容 密度:P=m/V(均质),D=dm/dV(非均质),kg/m3 重度:r=G/V=mg/=pgN/m3 比容:v=l,m3/kg 工程单位制中1kgf=国际单位制中1kg 国际单位制中ρ=工程单位制中y 应用:密度与重度之间的换算。[例1-1-1]P5 退出 上1
5 1.1.1 流体的压缩性及膨胀性 ⒈ 流体的密度、重度及比容 工程单位制中1 kgf = 国际单位制中1 kg 国际单位制中 = 工程单位制中 应用：密度与重度之间的换算。[例1-1-1] P5 第一章 动量传输 (非均质)，kg/m3 密度： = m V (均质)， = dm d V 重度： ，N/m3 r= G V = mg V = g 比容： ，m3 /kg 1 v =
第一章动量传输 2.液体的压缩性及膨胀性 液体分子距离较近,压缩时,排斥力增大,难以压缩; T个,略有膨胀,膨胀系数<1/1000。 V受7、P的影响不大,不可压缩流体 3.气体的压缩性及膨胀性 气体分子间距较大,吸引力较小,V受7P影响较大。 对于理想气体而言,VoP的关系可用状态方程表示,即 (1) PV=RT 1km/气体:PV=RnT;V=2.4m/kmol,R。(通用气体常数)=8.314kJ/kmk 1kg气体:PV=RT;V为比容,m/kg R(气体常数,取决于气体的种类)=R0分子量,J/kg×k 退出 上1
6 ⒉ 液体的压缩性及膨胀性 液体分子距离较近，压缩时，排斥力增大，难以压缩； T ，略有膨胀，膨胀系数 <1/1000。 V 受T、P的影响不大，不可压缩流体。 ⒊ 气体的压缩性及膨胀性 气体分子间距较大，吸引力较小，V 受T、P的影响较大。 第一章 动量传输 = = = = × kg kmol m kmol kJ kmol k : ; , : ; . , ( ) . 气体 为比容 气体 0 通用气体常数 3 0 = J kg×k m kg ( , ) , ; 气体常数 取决于气体的种类 0 分子量 3 R R 1 PV RT V 1 PV R T V 22 4 R 8 314 ⑴ PV = RT 对于理想气体而言，VT P的关系可用状态方程表示, 即
第一章动量传输 密度p RT kg/m3 式中P绝对压力,Pa;R气体常数:;T一热力学温度,K。 (2)T= const,等温压缩 PV=PV,→V,=V, 2=P1 压缩 (3)P= const,恒压膨胀 V1V2→V2 273+ →V=V(l+Bt) 273+0 式中vtC下的比容;v标态比容:273~气体膨胀系数。 退出 上1
7 第一章 动量传输 V V (1 t) 273 0 273 t V V T T V V T V T V t 0 t 0 1 2 2 1 2 2 1 1 = + b + + = = = 2 2 2 1 1 1 T P V T P V = 式中 Vt⎯t C下的比容；V0⎯标态比容； ⎯气体膨胀系数。 273 1 b = ， = = = 2 1 2 1 2 1 1 1 2 2 2 1 P P P P PV P V V V P2 ，V2 ，2 ， 压缩 密度 kg/m3 RT P = ⑵ T = const ，等温压缩 ⑶ P = const ，恒压膨胀 式中 P⎯绝对压力，Pa；R⎯气体常数；T ⎯热力学温度，K
第一章动量传输 (1+Bt)k9/m3 N/m3 (1+Bt) G千克气体体积:V=V(1+Bt)m3 流量:V=V(1+Bt)m3/s(热气体流动情况下) 流速:w1=w0(1+Bt)m/s A 4)气体在绝热状态下压缩时 气体绝热状态方程:PV=PV,k(气体的绝热指数=C(C,MJ/kg×k双原子4 气体状态方程: PV PV 退出 上1
8 ⑷ 气体在绝热状态下压缩时 第一章 动量传输 N/m3 (1 t) 0 t b + = kg/m3 (1 t) 0 t b + = G千克气体体积 ： m3 V V (1 t) t 0 = + b 流量： m3 Vt = V0 (1+ b t) /s （热气体流动情况下） 流速： w w (1 t) m/s t 0 = + b V = wA = = = × 2 2 2 1 1 1 P V k 2 2 k 1 1 T PV T PV P V P V k C C 1 4 气体状态方程： 气体绝热状态方程： , (气体的绝热指数) ,kJ kg k 双原子
第一章动量传输 气体{可压缩气体:高压流出,煤气、空气自喷咀流出。 不可压缩气体:常温、常压下,例如:常压空气流动 1.1.2流体的粘性 1.流体的粘性及粘性力 粘性:阻滞流动的性质。 望 D。 产生原因:流体分子 12 c) 间的内聚引力和分子 。 的热运动。 粘性力的建立过程: 。 图1--1流体的牲性 退出 上1
9 1.1.2 流体的粘性 ⒈ 流体的粘性及粘性力 粘性：阻滞流动的性质。 产生原因：流体分子 间的内聚引力和分子 的热运动。 粘性力的建立过程： 第一章 动量传输 气体 不可压缩气体： 常温、常压下，例如：常压空气流动。 可压缩气体： 高压流出，煤气、空气自喷咀流出
第一章动量传输 流体流层间产生切应力的现象流体的粘性;切应力粘性力 2.牛顿粘性定律 表述:流体的粘性力F与速度W成正比,与两平板间距离H 成反比,与接触面积A成正比。 F H A 任意两流层cNA→F=XAN dw dk 单位面积上的粘性力(切应力) F=+ dw A N/m2 退出 上1 10
10 流体流层间产生切应力的现象⎯流体的粘性；切应力⎯粘性力 ⒉ 牛顿粘性定律 表述：流体的粘性力F 与速度W0成正比，与两平板间距离H 成反比，与接触面积A 成正比。 W A H F 0 任意两流层 A N y A F y F W Wx x = × d d d d m 单位面积上的粘性力(切应力) yx t N/m2 A y F yx d d t = =±m Wx 第一章 动量传输