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.doc_大学文库

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：《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：《热工学基础》课程教学资源（电子教案）第一章动量传输