[工学]材料成型机及传输原理.ppt

材料加工冶金传输原理 安阳工学院机械工程系 第一章　绪论　 　　　§1.1 课程简介 二.　压缩性和温变膨胀性 压缩性： 流体在压力的作用下，体积减小的特性。 温变膨胀性： 　当温度改变时，流体体积发生变化的特性。 空气: 除去研究流体质点的流动参量随时间变化外，为了使整个流场形象化，从而 得到不同流场的运动特性，还要研究同一瞬时质点与质点间或同一质点在不同时间流动参量的关系，也就是质点参量的综合特性。前者称为流线研究法，后者称 为迹线研究法 。 迹线就是流体质点运动的轨迹线。迹线的特点是:对于每一个质点都有一个 运动轨迹，所以迹线是一族曲线，而且迹线只随质点不同而异，与时间无关。 流线和迹线不同，它不是某一质点经过一段时间所走过的轨迹，而是在同一 瞬时流场中连续的不同位置质点的流动方向线。 流线的定义为:流场中 某一瞬间的一条空间曲线，在该线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在 该点的切线方向重合。通过流场中其它点，也可用上述方法作出流线。因此，整个流场成为被无数 流线所充满的空间，它显示出流体运动清晰的几何形象。 流线有以下三个特征 ： 1.非稳定流时，经过同一点的流线其空间方位和形状是随时间改 变的。在非稳定流场中，流线和迹线是不可能始终重合的。 2.稳定流时，由于流场中各点流 速不随时间改变，所以同一点的流线 始终保持不变，且流线上质点的迹线 与流线重合。 3.通过某一质点的流线只能是一条，因此，流线不能相交。 一维总流的连续性方程 目前主要用于解决管道内流体流动问题和流体通过孔口流出 的问题以及部分空间内的流体流动问题。 第一节 流动状态及阻力分类 一、雷诺实验 二、层流和边界层 近壁处，由流速为零的壁面到速度分布较均匀的地方(严格地说，到速度为均匀速度的99％的地方)，这一流体层称之为边界层(boundavlayer)或附面层。边界层厚度用δ表示， δ是随流体流进管内的距离的增加而增大的。流体粘性大， δ增大就快。图4—2中AC段称为“层流起始段”。对于直径为d的直管来说，层流起始段的长度 L＝o．065dR e(Re为雷诺数)。 三、湍流及湍流边界层 湍流边界层包括层流底层和它外面的湍流部分。 四、流动状态判别准则——雷诺数 当流通的过水断面是非圆形断面时，可用水力半径只作为固体的特征长度，即 取Recr为500。对于工程中常见的明渠水流， Recr则更低些。常取300。 五、流动阻力分类 （一)沿程阻力 它是沿流动路程上由于各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力，因此也叫做摩擦阻力。在层流状态下，沿程阻力完全是由粘性摩擦产生的。在湍流状态下，沿程阻力的一小部分由边界层内的粘性摩擦产生，主要还是由流体微团的迁移和脉动造成。 (二)局部阻力 流体在流动中因遇到局部障碍而产生的阻力称局部阻力。所谓局部障碍，包括流道发生弯曲、流通截面扩大或缩小、流体通道中设置丁各种各样的物件如阀门等。 第二节 流体在圆管中的层流运动 一、有效断面上的速度分布 二、平均流速和流量 三、管中层流沿程损失的达西公式 第三节 流体在平行平板间的层流运动 一、运动微分方程 二、应用举例 第四节 流体在圆管中的湍流运动 一、湍流的脉动现象及时均化 从雷诺实验中看到，湍流状态中流体质点有大量极不规则的混杂运动，运动的速度和大小及方向都随时间而改变。因此，湍流中所有的运动参数都将随时间而变化。也就是说，湍流运动实质上是非稳定流动，即使边界条件恒定不变，任一点瞬时速度仍具有随机性质的变化。但是，这种变化在足够长时间内，始终是围绕着某一“平均值”而上下摆动。观察湍流中的压力场也具有这种性质。这种围绕某一“平均值”而上下变动的现象，称为脉动现象。 二、速度的时均化原则及时均速度 三、水力光滑管和水力粗糙管 当δ＞Δ时(图4—13a)．管壁凸出高度完全被淹没在层流边界之中， Δ对流动阻力影响很小。这种情况类似于液流在完全光滑的管路中运动。这种管子称为水力光滑管。 当δ ＜ Δ时(图4—13b)，管壁凸出高度暴露在层流边界层之外，当流体经过凸出部分时即形成碰撞，加剧湍动，而且在凸出部分后面形成旋涡，消耗了能量。通常将处于这种情况的管子称为水力粗糙管。 四、湍流运动中的速度分布 (一)湍流的脉动附加阻力 (二)湍流的速度分布 当流动的Re数很大时．除层流边界层外，粘性阻力只起很小作用，因而可以忽略。此对，就只考虑湍流的附加阻力。 五、湍流沿程损失的基本关系式 (一)湍流沿程损失基本公式 第五节 沿程阻力系数λ值的确定 第六节 局部阻力 一、断面突然扩大的局部损失 理想流体 即： 同理： 由 Ⅰ 3.合力 由 Ⅱ 各分速度的全微分： Ⅰ