重庆科技学院：《热工学基础》课程教学资源（电子教案）第一章 动量传输

重庆科技学院教案用纸 热工基础 电子教案 热工基础课程组编 第1页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第１页 热 工 基 础 电 子 教 案 热工基础课程组编

重庆科技学院教案用纸 第1章动量传输 第1次课课题:绪论 本课 1.了解冶金炉及其热工理论知识。 2.了解课程的性质、基本要求、主要内容、特点、教材与教参、成绩评定。 3.了解本教材所采用的单位制及坐标系。 二、本课的点难点 重点:国际单位制与工程单位制间的换算 难点:课程的总体介绍,能否激发学生的兴趣。 作业 思考题:如何解释教材名称、冶金炉、热工、基础的含义? 四、教参及具 1.《加热炉》蔡乔方主编冶金工业出版社 2.《冶金炉热工与构造》陈鸿复主编冶金工业出版社 教材始台工基础》蒋光羲编重庆大喾跹社 0绪论 §0.1冶金炉及其分类 冶金炉:冶金生产中各种冶炼和加热设备的统称。 分类:熔炼炉和加热炉两大类。 熔炼炉:完成物料的加热和熔炼。 特点:发生物态变化固→液态物理化学变化原料与产品的性质、化学成分截然不 冶金企业的熔炼炉有: ①炼铁高炉:铁矿石、焦碳、熔剂-、铁水 ②炼钢转炉、电弧炉:铁水、废钢合金化)一—次精练,钢水 铸造化铁炉:固→液态 2.加热炉:完成物料的加热。 特点:不发生物态变化,只改变其机械性能或物理化学性能。 冶金企业的加热炉有 ①均热炉:钢锭开坯前加热。 ②轧钢加热炉:热轧前钢坯加热。 室状炉、台车式加热炉等:锻造前加热。 加热目的:提高可塑性,减少压力加工时的变形抗力。 ④热处理(淬火、回火、退火、渗碳等炉 加热目的:改变其结晶组织,获得所需的物理机械性能 §0.2冶金炉热工理论O金热能工程专业 构成炉子热工理论的几个方面: 第2页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第２页 第 1 章 动量传输 第 1 次课 课题： 绪论 一、本课的基本要求 ⒈ 了解冶金炉及其热工理论知识。 ⒉ 了解课程的性质、基本要求、主要内容、特点、教材与教参、成绩评定。 ⒊ 了解本教材所采用的单位制及坐标系。 二、本课的重点、难点： 重点：国际单位制与工程单位制间的换算。 难点：课程的总体介绍，能否激发学生的兴趣。 三、作业 思考题：如何解释教材名称、冶金炉、热工、基础的含义？ 四、教参及教具 ⒈ 《加热炉》 蔡乔方主编 冶金工业出版社 ⒉ 《冶金炉热工与构造》 陈鸿复主编 冶金工业出版社 教材《冶金炉热工基础》 蒋光羲编 重庆大学出版社 0 绪论 §0.1 冶金炉及其分类 冶金炉：冶金生产中各种冶炼和加热设备的统称。 分类：熔炼炉和加热炉两大类。 ⒈ 熔炼炉：完成物料的加热和熔炼。 特点：发生物态变化 固→液态物理化学变化 原料与产品的性质、化学成分截然不 同 冶金企业的熔炼炉有： ① 炼铁高炉：铁矿石、焦碳、熔剂⎯冶炼⎯→ 铁水 ② 炼钢转炉、电弧炉：铁水、废钢(合金化) ⎯一次精炼 ⎯ ⎯→ 钢水 铸造化铁炉：固→液态 ⒉ 加热炉：完成物料的加热。 特点：不发生物态变化，只改变其机械性能或物理化学性能。 冶金企业的加热炉有： ① 均热炉：钢锭开坯前加热。 ② 轧钢加热炉：热轧前钢坯加热。 ③ 室状炉、台车式加热炉等：锻造前加热。 加热目的：提高可塑性，减少压力加工时的变形抗力。 ④ 热处理(淬火、回火、退火、渗碳等)炉 加热目的：改变其结晶组织，获得所需的物理机械性能。 §0.2 冶金炉热工理论(冶金热能工程专业) 构成炉子热工理论的几个方面：

重庆科技学院教案用纸 1.热过程的热力学 热力学第一定律热平衡 热力学第二定律火用平衡 《工程热力学》 2.燃料燃烧析热或电热能转换的规律 《燃烧学》《热能转换与利用》 3.热气体流动规律 《工程流体力学》 4.炉内及物料内的复杂传热、传质过程的规律 《传热学》《传输原理》 5.炉子构筑理论:筑炉材料及构件在髙温下的损坏原因及其使用性能等。 《耐火材料》《炼铁设备》《炼钢设备》 以上这些基本规律运用到具体炉子中并和该炉子工艺相结合就构成了该炉子的热工理论。 课程性质 专业基础课,是基础课和专业课之间的桥梁。基础课:髙等数学、物理化学。 、课程内容 部分:传输原理动量、热量质传(1~3章) 动力过程 传输是指流体的输送、转移、传递传热过程 的统称 物质传递过程 动量 动量传输 热量}的传递与输送→热量传输}类性丶(规律、解析法样传输原理理论) 质量 质量传输 冶炼过程:化学、物理过程。《冶金反应工程学》 传输过程→冶炼过程的物理过程动力学),不涉及化学反应→《金物理化学》(热力学) →动量、热量、质量传递的过程。《现代冶金原理》 举例:髙炉炼铁的气固两相流动。高炉强化冶炼,目的就是改善传输条件。 转炉炼钢的气液两相流动。转炉底吹,目的也是改善传输条件。 总之,传输理论已成为现代冶金炉热工理论的基础 第二部分:热计算(4-7章 燃料燃烧计算:热工计算的基础。主要能源:燃料的化学能。 气体流动计算:阻力损失计算,选择输送设备(风机、烟囱、喷射器等) 传热计算:制定炉子热工制度,强化供热,提高生产率的问题 热平衡计算:评价炉子热工作的好坏,提高热效率的问题 火用平衡计算:提高火用效率的问题,探索节能途径。 第二部分是第一部分的具体应用。 第一部分是第二部分的基础。 注意:本课程所论及的只是些基本计算方法,各类炉子的热工计算及设计在课程设计及 有关专业课中解决。 第三部分:耐火林料种类性能、选 作为专业任选课独立设课。 习题与思考题:加深对所学热工理论的理解和应用。 集中实验:培养学生动手能力 第3页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第３页 ⒈ 热过程的热力学 热力学第一定律⎯热平衡 热力学第二定律⎯火用平衡 《工程热力学》 ⒉ 燃料燃烧析热或电-热能转换的规律 《燃烧学》 《热能转换与利用》 ⒊ 热气体流动规律 《工程流体力学》 ⒋ 炉内及物料内的复杂传热、传质过程的规律 《传热学》 《传输原理》 ⒌ 炉子构筑理论：筑炉材料及构件在高温下的损坏原因及其使用性能等。 《耐火材料》 《炼铁设备》 《炼钢设备》 以上这些基本规律运用到具体炉子中并和该炉子工艺相结合就构成了该炉子的热工理论。 一、课程性质 专业基础课，是基础课和专业课之间的桥梁。基础课：高等数学、物理化学。 二、课程内容 第一部分：传输原理(动量、热量、质量传输) (1~3 章) 传输是指流体的(输送、转移、传递)         物质传递过程 传热过程 动力过程 的统称。           质量 热量 动量 的传递与输送           质量传输 热量传输 动量传输 ⎯类似统一性 ⎯⎯⎯→ (规律、解析法一样)传输原理(理论) 冶炼过程：化学、物理过程。 《冶金反应工程学》 传输过程冶炼过程的物理过程(动力学)，不涉及化学反应→《冶金物理化学》(热力学) 动量、热量、质量传递的过程。 《现代冶金原理》 举例：高炉炼铁的气固两相流动。高炉强化冶炼，目的就是改善传输条件。 转炉炼钢的气液两相流动。转炉底吹，目的也是改善传输条件。 总之，传输理论已成为现代冶金炉热工理论的基础。 第二部分：热工计算 (4~7 章)          平衡计算： 提高火用效率的问题，探索节能途径。 热平衡计算： 评价炉子热工作的好坏，提高热效率的问题。 传热计算： 制定炉子热工制度，强化供热，提高生产率的问题。 气体流动计算：阻力损失计算，选择输送设备 风机、烟囱、喷射器等 燃料燃烧计算：热工计算的基础。主要能源：燃料的化学能。 火用 ( )    第一部分是第二部分的基础。 第二部分是第一部分的具体应用。 注意：本课程所论及的只是一些基本计算方法，各类炉子的热工计算及设计在课程设计及 有关专业课中解决。 第三部分：耐火材料(种类、性能、选择) 作为专业任选课独立设课。 习题与思考题：加深对所学热工理论的理解和应用。 集中实验：培养学生动手能力

重庆科技学院教案用纸 课程设计:培养学生综合应用热工知识的能力,为毕业设计打下良好的基础。 热风炉设计(炼铁)借助于计算机QB CAD 氧枪设计(炼钢)借助于计算机 QB VB CAD 课程特点 难学:物理概念多:数学推导、计算复杂;(物理概念为主,数学为辅)重点掌握基本概念、 基本计算方法。 讲授方法:重点一讲授作业,辅以习题课:难点一讲授+思考题,辅以讨论课 学习方法:上课认真听讲,课后认真复习,认真完成作业,不懂的即时解决,“勤学苫炼” 四、参考书目 《冶金炉热工基础》刘人达主编冶金工业出版社 《冶金炉热工与构造》陈鸿复主编冶金工业出版社 《动量、热量、质量传输原理》髙家锐主编重庆大学出版社 期刊:《冶金能源》、《工业炉》、《工业加热》、《耐火材料》 五、教学目的 使学生掌握冶金热工理论的基本概念、基本定律及基本计算方法,理解强化冶金生产过程 和改进生产工艺的理论基础,同时使学生具备初步分析和解决冶金生产工艺过程的热工实际问 题的能力,并能进行简单炉子的设计,能够根据工艺要求选择主要设备的筑炉材料。 §0.3单位及单位制 国际单位制S1(基本单位:质量kg,长度m、时间,物质量m等 工程单位制{基本单位:长度m,时间、加g、热量kCal 换算时注意: 1.质量 国际:质量kg力N 工程:力kgf质量kgf·s2/m牛顿第二定律F(kgf)=ma(m/s2) (工程质量单位) Kgf=98IN 国际:J=N 功率W=J/s 2.能量 工程:kCal lkCal= 4.187kJ 1kCah=(41873600×103)J=1.163W §0.4坐标及坐标系 直角坐标系:xy 球坐标系:r(方位角)以(余纬度),。v球体绕變 柱坐标系:rB(方位角) 轴对称(管 x=rose y=rene 2=Z x=rsin (cos0 y=rsn sin 8 =cosp 第4页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第４页 课程设计：培养学生综合应用热工知识的能力，为毕业设计打下良好的基础。 热风炉设计（炼铁） 借助于计算机 QB VB CAD 氧枪设计（炼钢） 借助于计算机QB VB CAD 三、课程特点 难学：物理概念多；数学推导、计算复杂；(物理概念为主，数学为辅)重点掌握基本概念、 基本计算方法。 讲授方法：重点—讲授+作业，辅以习题课；难点—讲授+思考题，辅以讨论课。 学习方法：上课认真听讲，课后认真复习，认真完成作业，不懂的即时解决，“勤学苦炼” 四、参考书目 《冶金炉热工基础》 刘人达主编 冶金工业出版社 《冶金炉热工与构造》 陈鸿复主编 冶金工业出版社 《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 期刊：《冶金能源》、《工业炉》、《工业加热》、《耐火材料》 五、教学目的 使学生掌握冶金热工理论的基本概念、基本定律及基本计算方法，理解强化冶金生产过程 和改进生产工艺的理论基础，同时使学生具备初步分析和解决冶金生产工艺过程的热工实际问 题的能力，并能进行简单炉子的设计，能够根据工艺要求选择主要设备的筑炉材料。 §0.3 单位及单位制               导出单位：质量 。 基本单位：长度 、时间 、力 、热量 。 工程单位制 导出单位：密度 、力 、能量 。 基本单位：质量 、长度 、时间 、物质量 等； 国际单位制 kgf s m m s kgf kCal kg m N kJ kg m s mol SI 2 3 换算时注意： ⒈ 质量 ( ) kgf kgf s / m (kgf ) (m /s ) kg N 2 2 工程质量单位 工程：力 质量 牛顿第二定律 国际：质量 力     F = ma 1kgf = 9.81N ⒉ 能量     = =  = kCal 1kCal 4.187kJ kJ kW J N m W J/s 工程： 国际： 功率 1 kCal/h = (4.187/3600103 ) J/s = 1.163W §0.4 坐标及坐标系      球坐标系： 方位角 余纬度 球体绕流 柱坐标系： 方位角 轴对称 管流 直角坐标系：       r w w w r z w w w x y z w w w r r z x y z ( ) ( ) ( ) ( ) x = rcos y = rsin z = z x = rsincos y = rsinsin  z = rcos

重庆科技学院教案用纸 第2次课课题:流体及其主要性质 课的求 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;理解粔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。 二、本课的点难点 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 作业 思考题:①不同状态方程中R的含义及单位;②牛顿粘性定律符号的取法? P121.8.11与17(选作题)18 四、教参具 1.《动量、热量、质量传输原理》高家锐主编重庆大学出版社 2.胶片:图1-1-1图1-1-2 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、炼钠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。 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 111流体的压编缩性及膨性 1.流体的密度、重度及比容 密度:p=m∥V(均质,p=dm/d(非均质,kgm 重度:r=G=m/=R,Nm3 比容:v=1p,m/kg 工程单位制中1kgf=国际单位制中1kg 国际单位制中p=工程单位制中 应用:密度与重度之间的换算。囫例1-1-1]P5 2.液体的压缩性及臌猓性 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,膨系数<100 第5页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第５页 第 2 次课 课题： 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。 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。 三、作业 思考题：① 不同状态方程中R 的含义及单位；② 牛顿粘性定律符号的取法？ P112 1. 8. 11.与 17.(选作题) 18 四、教参及教具 ⒈《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 ⒉ 胶片：图1-1-1 图 1-1-2 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：     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 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 1.1.1 流体的压缩性及膨胀性 ⒈ 流体的密度、重度及比容 密度：  = m V (均质)， = dm dV (非均质)，kg/m3 重度： r = G V = mg V = g ，N/m3 比容： v =1  ，m3 /kg 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 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

重庆科技学院教案用纸 V受T、P的影响不大,不可压缔流体。 3.气体的压缩性及肢性 气体分子间距较大,吸引力较小,V受T、P的影较大。对于理想气体而言,V∝T/P的 关系可用状态方程表示,即 (1) PV=RT Ikmo气体:P=RT;=24m3/kmol,R(通用气体常数)=8.314kJ/kmlk kg气体:PI=RTV为比容, m3/kg;R(气体常数取决于气体的种类=R分子量Jkgk 密度p P PV PV2 RT T172 式中P绝对压力,Pa;R气体常数;T—热力学温度,K (2)T= const,等温压缩 P P1=P2→V2=HpP↑,V↓,P2个,压缩 P2 (3)P= const,恒压臌猓 273+t →V=Vo →V=V(1+B 273+0 式中代C下的比容:16标态比容:B=1气体膨胀系数。 P y N/m3 (1+B1) (1+Bt) G千克气体体积V1=V0(1+Bt)m3 流量 V=V(1+β1)m3s热气体流动情况下 流速 1=10(1+B1)m/s (4)气体在绝热状态下压缩时 气体绝热状态方程:P=Pk气体的绝热指数)=Cp/C,Jkgk双原子14 气体状态方程 Pv PV2 T172 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 1.12流体的粘性 1.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:图1-1-2P7 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 W。 第6页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第６页  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。对于理想气体而言， V T P 的 关系可用状态方程表示，即 ⑴ PV = RT      =  = = = =  m kg; ( , ) ,J kg k 1kg : ; , 1kmol : ; 22.4m kmol, ( ) 8.314kJ kmol k 0 3 0 3 0 气体常数 取决于气体的种类 分子量 气体 为比容 气体 通用气体常数 R R PV RT V PV R T V R 密度 RT P  = kg/m3 2 2 2 1 1 1 T P V T PV = 式中 P⎯绝对压力，Pa；R⎯气体常数； T ⎯热力学温度，K。 ⑵ T = const ，等温压缩         =      =  = 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 ⑶ P = const ，恒压膨胀 (1 ) 273 0 273 0 0 1 2 2 1 2 2 1 1 V V t t V V T T V V T V T V t  t = +        + +   =      =  = 式中 Vt⎯tC 下的比容；V0⎯标态比容； 273 1  = ⎯气体膨胀系数。 (1 ) 0 t t    + = kg/m3 (1 ) 0 t t    + = N/m3 G 千克气体体积 (1 ) 0 V V t t = +  m3 流量 (1 ) 0 V V t t = +  m3 /s 热气体流动情况下 流速 (1 ) 0 w w t t = +  m/s V = wA ⑷ 气体在绝热状态下压缩时      = = =  2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 , ( ) ,kJ kg k 1.4 T PV T PV PV PV k CP CV k k 气体状态方程： 气体绝热状态方程： 气体的绝热指数 双原子 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。 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：图1-1-2 P7 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。 A H W F 0 

重庆科技学院教案用纸 任意两流层 F∝ →F=am 单位面积上的粘性力(切应力)rx F N/m2 式中￥流向:y速度变化方向;dWx/dy-速度梯度,速度增大方向为正。(单位距离上的 速度变化量) 式中正负号的出现是为了保证为正。 图1-1取正:动量传递方向与y相同图1-1-2取负:动量传递方向与y相反 dw 柱坐标系下的F表达式?F=少办N 粘性系数 μ-动力粘性系数,动力粘度 TxN/m2 (1)单位:μ=dW,/dy(m/s)/ Ns/m2=Pas(kg/m-s) (2)物理意义:dWx/dy=1时,单位面积下的粘性力,流体阻滞流动的能力,μ↑,阻滞 作用个。 运动粘度v=2 2/s 3)影响因素 ①流体种类 ②温度 液体:分子间内聚力为主。温度↑,间隙↑,内聚力↓, 气体:分子热运动。温度↑,热运动加剧,A个 单一气体 273+C(T u=lo T+C(273 式中A00℃时的粘度;T绝对温度,K;C实验常数,查表。 混合气体烟气(O2、HO、N2、O2…) ∑a, ∑a1MAH1 ∑a,M, 式中ari组分的体积百分数;M1分子量;组分粘度 4.粘性动量传输及动量通量 从粘性力的建立过程来看,由于流体粘性作用→流体流层间出现速度差。由于分子热运动、 分子内聚力→流体流层间产生动量交换→流层间产生切应力(粘性力。 动量交换过程是由流体的粘性枃成的→粘性动量传输(物性传输 动量通量:单位时间通过单位面积所传递的动量,相当于单位面积上的作用力 粘性动量通量:单位时间通过单位面积所传递的粘性动量,亦即单位面积上的粘性力(切应 力) d u d(pw) d(pw) P 第7页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第７页 任意两流层 A y W A F y W F x x   =  d d d d  N 单位面积上的粘性力(切应力) yx  y W A F x yx d d  = =  N/m2 式中 x⎯流向；y⎯速度变化方向； W y d x d ⎯速度梯度，速度增大方向为正。(单位距离上的 速度变化量) 式中正负号的出现是为了保证yx为正。 图 1-1-1 取正：动量传递方向与y 相同 图 1-1-2 取负：动量传递方向与y 相反 柱坐标系下的F 表达式？ L y W F x d d d =    N ⒊ 粘性系数 ⎯动力粘性系数，动力粘度。 ⑴ 单位： N s m Pa s (kg m s) (m/s) m N m d d 2 2 = = =  =   W y x yx   ⑵ 物理意义： dWx dy = 1 时，单位面积下的粘性力，流体阻滞流动的能力，   ，阻滞 作用。 运动粘度    = m2 /s ⑶ 影响因素 ① 流体种类 ② 温度 液体：分子间内聚力为主。温度，间隙，内聚力，。 气体：分子热运动。温度，热运动加剧，。 单一气体 3 2 0 C 273 273 C       + + = T T   Pas 式中 0⎯0C 时的粘度；T⎯绝对温度，K；C⎯实验常数，查表。 混合气体 烟气(CO2、H2O、N2、O2) i i i i i i i i i i i i a M a M a a M a M        =     1 2 1 2 式中 ai⎯i组分的体积百分数； Mi ⎯分子量；i⎯i组分粘度。 ⒋ 粘性动量传输及动量通量 从粘性力的建立过程来看，由于流体粘性作用流体流层间出现速度差。由于分子热运动、 分子内聚力流体流层间产生动量交换流层间产生切应力(粘性力)。 动量交换过程是由流体的粘性构成的粘性动量传输(物性传输)。 动量通量：单位时间通过单位面积所传递的动量，相当于单位面积上的作用力。 粘性动量通量：单位时间通过单位面积所传递的粘性动量，亦即单位面积上的粘性力(切应 力)。 y W y W y Wx x x yx d d( ) d d( ) d d       = − = − = − Pa

重庆科技学院教案用纸 式中ax高速流层向低速流层的传递;dW,/dy-低速向高速为正;d(pW)y-动量梯 度(单位距离上的动量变化量) 运动粘度v (1)单位:v P =m /s (2)物理意义:d(p)/d=1单位面积上的粘性力,阻滞流动的能力。 (3)影响因素:①流体种类②温度 粘性动量与粘性力的不同之处?传递方向 高速流层向低速流层υ:流体流向(α)快速流层与流向相反:慢速流层,相同 5.牛顿流体及非牛顿流体 dn 与x直线关系 牛顿流体:符合牛顿粘性定律的流体; dn 例如:所有气体、水及甘油 等。 非牛顿流体:不符合牛顿粘性定律的流体:例如:水煤浆、石灰等 6.理想流体u=0及粘性流体μ≠0)理想气体?忽略分子间的引力 补充例题 [例1]混合气体的计算。 天然气燃烧的烟气成分为:CO=88%H2O=174%N2=72.1%O2=1.7%:烟气的密度=124 kg/m3。试计算烟气在819℃时的粘度。 解:(1)按(1-1-18b)式计算各组分在819℃时的动力粘度: 273+c.T )x(,查附表4P2) T+c273 273+254 819+273 13.80×10 =43×10-6 819+273+254 273+96111092)=429×10° 93×10^1092+961 HN2=1660×10+273+1041092%=4186×10-° 1092+104273 1920×10×273+125×(102)x=50×10 1092+12527 按(1-1-19)式计算烟气的粘度 C,H M 值由附表4查得) 第8页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第８页 式中 yxx⎯高速流层向低速流层的传递； W y d x d ⎯低速向高速为正； W y d( x ) d ⎯动量梯 度(单位距离上的动量变化量)。 运动粘度： ⑴ 单位： m s kg m kg m s 2 3 =  = =    ⑵ 物理意义： d(Wx ) dy =1 单位面积上的粘性力，阻滞流动的能力。 ⑶ 影响因素：① 流体种类 ② 温度 粘性动量与粘性力的不同之处？ 传递方向 高速流层向低速流层(y)；流体流向(x) 快速流层与流向相反；慢速流层，相同。 ⒌ 牛顿流体及非牛顿流体 牛顿流体：符合牛顿粘性定律的流体；        = 0 = 0 d d d d yx x x yx y W y W   ， 与 直线关系 例如：所有气体、水及甘油 等。 非牛顿流体：不符合牛顿粘性定律的流体；例如：水煤浆、石灰等。 ⒍ 理想流体(= 0 及粘性流体( 0) 理想气体？忽略分子间的引力 补充例题： [例 1] 混合气体的计算。 天然气燃烧的烟气成分为：CO2=8.8%,H2O=17.4%,N2=72.1%,O2=1.7%；烟气的密度=1.24 kg/m3。试计算烟气在819℃时的粘度。 解：（1）按（1-1-18b）式计算各组分在819℃时的动力粘度： 2 3 0 ) 273 ( c 273 c   + +  =  ( ,c 0 查附表 4 P312) 2 6 3 6 CO ) 43 10 273 819 273 ( 819 273 254 273 254 13.80 10 2 − − =  +  + + +  =   2 6 3 6 H O ) 42.9 10 273 1092 ( 1092 961 273 961 8.93 10 2 − −  =  + +  =   2 6 3 6 N ) 41.86 10 273 1092 ( 1092 104 273 104 16.60 10 2 − −  =  + +  =   2 6 3 6 O ) 50 10 273 1092 ( 1092 125 273 125 19.20 10 2 − −  =  + +  =   按（1-1-19）式计算烟气的粘度：   = =     = 4 i 1 i i 4 i 1 i i i M M (M 值由附表4 查得)

重庆科技学院教案用纸 88×44×43+174×18×429+72.1×28×4186+17×32×50 8.8×44+174×18+72.1×28+17×32 =423×10-°kg/ms H≈∑aH1=[88%×43+174%×42.9+72.1%x41.86+1.7%×501×10-6 =4224×10°kg/ms a,H M 88×442×43+174×182×429+72 ×4186+1.7×322×50 μ a. M 88×442+174×182+72 +17×32 42.28×10-6kg/ 烟气的运动粘度为 4228×10-6 124=341×10-6m2/s [例2]牛顿粘性定律的应用 设汽缸内壁直径D=20cm,活塞外径d=1996cm,活塞长度L=25cm,活塞的运动速度为 W=1.2ms,润滑油的动力粘度μ=012kg/ms,试计算活塞的作用力 解:汽缸壁上油层的速度为零,活塞表面油的速度为12ms,因间隙很小,设线性分布,则用 (1-1-16b)式计算: (1)单位面积上的粘性力(活塞传给油的动量通量) Aw =0.6×10 Δy(20-1996)×1 k dw 012×06×104=720N (2)活塞的总作用力 第9页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第９页 42.3 10 kg / m.s 10 8.8 44 17.4 18 72.1 28 1.7 32 8.8 44 43 17.4 18 42.9 72.1 28 41.86 1.7 32 50 6 6 − − =    +  +  +    +   +   +    = 42.24 10 kg / m.s [8.8% 43 17.4% 42.9 72.1% 41.86 1.7% 50] 10 6 6 4 i 1 i i − − = =      =  +  +  +   42.28 10 kg / m.s 10 8.8 44 17.4 18 72.1 28 1.7 32 8.8 44 43 17.4 18 42.9 72.1 28 41.86 1.7 32 50 6 6 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 4 i 1 2 1 i i 4 i 1 2 1 i i i − − = = =    +  +  +    +   +   +   =       =   烟气的运动粘度为： 34.1 10 m /s 1.24 42.28 10 6 2 6 − − =   =    = [例 2] 牛顿粘性定律的应用。 设汽缸内壁直径 D=20 ㎝，活塞外径 d=19.96 ㎝，活塞长度 L=25 ㎝，活塞的运动速度为 W=1.2m/s，润滑油的动力粘度μ=0.12kg/m.s，试计算活塞的作用力。 解：汽缸壁上油层的速度为零，活塞表面油的速度为 1.2m/s，因间隙很小，设线性分布，则用 （1-1-16b）式计算： （1） 单位面积上的粘性力（活塞传给油的动量通量） s 0.6 10 1 (20 19.96) 10 1.2 0 y w dy dw 4 2 2 1 =  −  − =   = − 2 4 m 0.12 0.6 10 720 N dy dw c =  =   = （2） 活塞的总作用力：

重庆科技学院教案用纸 接触面积A=πdL=3.14×19.96×10-2×25×10-2=0.157m2 总作用力:F=τA=720×0.157=113N 反之,已知F→τ→μ 第10页

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第１０页 接触面积 2 2 2 A = dL = 3.1419.9610  2510 = 0.157m − − 总作用力： F = A = 7200.157 =113N 反之，已知 F→τ→μ