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1、流体工热习题解答,云和明,流体力学知识总结回顾,流体的物理性质（密度、容重、粘性、压缩性和热胀性、毛细特性及表面张力 流体力学研究的三个模型（连续介质模型、理想流体模型、压缩和不可压缩模型 流体静力学压强的两个特性、压强的表示方法及单位、平面和曲面受液体的总压力、液体匀加速和等角速度旋转时压强分布规律,作用在流体微元上的力,流场中的分布力,表面力,切向应力, 重力场：, 重力势：,法向应力p,单位质量流体,体积力,重力、惯性力,单位体积流体,电磁力,B3.6.2 压强计算方法与单位,2.压强单位,标准大气压atm(标准国际大气模型),液柱高：,国际单位制（SI）：帕斯卡Pa,毫米汞柱mmHg（
2、血压计）,米汞柱mH2O （水头高）,B3.6 压强场,B3.6.2 压强计算方法与单位,压强计算方法,习惯上,压强基准,真空度,完全真空,表压强,大气压强,B1. 流体及其物理性质,B1.5 流体模型分类,流体模型,按粘性分类,无粘性流体,粘性流体,牛顿流体,非牛顿流体,按可压缩性分类,可压缩流体,不可压缩流体,其他分类,完全气体,正压流体,斜压流体,均质流体,等熵流体,恒温流体,C1 流体的平衡,C1.1 引言,C1 流体的平衡,1-7 一 底 面 积 为45x45cm2 ， 高 为 1cm 的 木 块， 质 量 为5kg ， 沿 涂 有 润 滑 油 的 斜 面 向 下 作 等 速 运 动
3、， 木 块 运 动 速 u=1m/s ， 油 层 厚 度1mm ， 斜 坡 角 (见 图 示)， 求 油 的动力 粘 度 。,18一个圆锥体绕其铅直中心轴等速旋转，锥体与固定壁的间距为1mm，全部为润滑油充满，0.1Pa.s ，当旋转角速度16s1，锥体底部半径R0.3m,高H0.5m时，求：作用于圆锥的阻力矩。,解： 取微元体微元面积：切应力：阻力：阻力矩：,对闸板上端点取矩：,A,作业解答,229如图， ，上部油深h1m，下部水深h12m， 求：单位宽度上液体的静压力及其作用点。,解：,作用点：,合力,2-37,解题要点：曲面为如图所示 曲面受到的压力分解为水平分力和 竖直分力 （1）水平
4、分力 （2）竖直分力竖直分力关键是压力体的计算如图所示分别对曲线1的压力体1和曲线2 的压力体2分别计算，然后合成求解！,2-40,解题思路：1.根据题意，分析水平 分力为零 2.竖直分力如图所示，分别画出压力体 合成，然后在求解；其中压力体1为 实压力体，压力体2为虚压力体 3.进一步可推断，锥形体上表面距离 水面的深度不同，其可能上浮， （下沉，静止）但此题同为静止,工程热力学知识总结回顾,工程热力学的基本概念热力学第一定律气体及蒸汽的性质,全书主要内容,第一章 基本概念,第二章 第一定律,第四章 理想气体的热力过程,第五章 理想气体的热力过程,第三章 气体和蒸气的性质,第六章 实际气体性
5、质及 热力学一般关系式,第十二章 理想气体混合物及湿空气,第七章 气体和蒸气的流动,第八章 压气机的热力过程,第九章 理想气体混合物及湿空气,第十一章 制冷循环,第十章 蒸汽动力装置循环,热力学基本概念和基本理论,工质性质,基本热力过程以及应用,学习方法,把握线索（大量的基本概念贯穿于整个工程热力学的前前后后，抽象且相互联系，必须掌握好）； 学会抽象简化的研究方法（基本定律、基本关系式是解决问题的基础，必须掌握并能灵活运用）； 重视习题和实验等（理解是基础，方法是关键，熟能生巧)。,2018/9/28,24,第一章基本概念,热力系统：人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。 外界：系统
6、周围物质的统称。 边界(界面)：热力系与外界的分界面。界面可以是真实，也可以是虚拟的；可以是固定，也可以是变化（运动）的。 闭口系统:与外界无物质交换，又称控制质量。 开口系统:与外界有物质交换，又称控制体积。 绝热系统:与外界无热量交换。 孤立系统:与外界无能量交换又无物质交换。可以理解成闭口+绝热，但是实际上孤立系统是不存在的。,2018/9/28,25,各章基本知识点,灵活掌握：按具体分析需要划分系统,第一章基本概念,状态：把系统中某一瞬间表现的工质热力性质的宏观状况，称为工质的热力状态，简称状态。 状态参数：描述工质状态特性的一些宏观物理量称为工质的状态参数。具有以下特征： 状态确定，
7、则状态参数也确定，反之亦然单值函数。 状态参数的变化量与路径无关，只与初终态有关点函数。 其微元差是全微分。常用的状态参数：P、T、V、U、H和S;,2018/9/28,26,各章基本知识点,基本状态参数，需要掌握温标转换压力测量（转换）比体积与密度的转换。,第一章基本概念,2018/9/28,27,各章基本知识点,系统在不受外界的影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称平衡状态。,系统内部及系统与外界之间的一切不平衡势差（力差、温差、化学势差）消失是系统实现热力平衡状态的充要条件。,平衡与稳定：如果系统是在外界作用下保持状态不变，则不属于平衡状态，如
8、稳态导热。稳定不一定平衡，但平衡一定稳定。,平衡与均匀：侧重点不一样，平衡强调时间上稳定不变，均匀强调空间各点的参数值相同。平衡不一定均匀，单相平衡态则一定均匀。,第一章基本概念,2018/9/28,28,各章基本知识点,状态方程：基本状态参数（p,v,T)之间服从的关系式。,对简单可压缩系统，热功转换中只存在容积变化功。某一个状态参数可以由另外两个参数确定。,状态参数坐标图：,压容图,温熵图,第一章基本概念,准平衡过程和可逆过程。 可逆准平衡过程无摩擦和其它任何损耗 只有准平衡过程才能在坐标图中用连续的曲线表示。功和热是过程量 ，其在状态参数坐标图上的表示。,2018/9/28,29,各章基
9、本知识点,v,p,1,v1,p1,2,v2,p2,第一章基本概念,循环定义：工质从某一状态经过一连串的状态变化过程，又回复到原来状态。即为封闭的热力过程。 根据过程进行的方向，又可分为正循环（热机循环）和逆循环（制冷循环）。,2018/9/28,30,各章基本知识点,经济性指标=,得到的收益,花费的代价,第一章 基本概念汇总, 热力系 平衡态 准静态、可逆 过程量、状态量、状态参数 功、热量、熵 p-V图、T-S图 循环、评价指标,第一章 讨论课 Discussion, 热力系,种类：,闭口系、开口系、绝热系、孤立系,热力系的选取取决于研究目的和方法，具有随意性，选取不当将不便于分析。,一旦取
10、定系统，沿边界寻找相互作用。,刚性绝热系统，B侧设有电热丝,红线内 闭口绝热系,黄线内不包含电热丝 闭口系,黄线内包含电热丝 闭口绝热系,兰线内 孤立系,例1：绝热刚性容器向气缸充气,试分别选取闭口系和开口系，画出充气前后边界，标明功和热的方向。,(1)以容器内原有气体为系统,闭口系,功量：,气体对活塞作功W,W,Q,热量：,气体通过活塞从外界吸热Q(当初始温度一样时）,可逆过程与准静态过程的区别和联系,可逆过程一定是准静态过程 准静态过程不一定是可逆过程,可逆过程准静态过程无耗散,可逆过程完全理想，以后均用可逆过程的概念。准静态过程很少用。,自由膨胀过程,刚性，绝热,真空,A,B,B中没有气
11、体，不能取做系统,以A中原有气体为系统,A中气体非准静态,A中气体没有作功,没有作功对象,后进去的对先进去的气体作功了吗？,热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学中的应用。确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。热力学能、总能和焓；容积功、推动功和技术功；,2018/9/28,38,各章基本知识点,焓=内能+推动功,技术功=容积功-流动功(推动功之差),对流动工质(开口系统)，焓表示沿流动方向传递的总能量中，取决于热力状态的那部分能量。,第二章热力学第一定律,闭口系能量平衡方程式：注意热力过程的方向和Q、U、W正负的关系。 对循环过程：循环完成后，工质回复原来的状态，闭口系的热力学能是
12、状态参数，U0。循环中与外界交换的净热量等于与外界交换的净功量。,2018/9/28,39,各章基本知识点,稳定流动开口系统能量方程式：热力学第一定律的第二解析式 适合于开口系统的任意过程，及任意工质。,2018/9/28,40,各章基本知识点,v,p,1,v1,p1,2,v2,p2,0,P1v1,P2v2,膨胀功w,技术功wt,2018/9/28,41,热力学第一定律的能量方程式在工程上应用很广，但首先要对其不同的形式进行有较为全面的认识：,从闭口系推导，与开口系方程形式不同，实质相同,在闭口、开口系均成立，应用于闭口系时，不存在推动功p1v1、p2v2，轴功wi要变为膨胀功w，,开口、闭口
13、系统；稳定、不稳定流动；可逆、不可逆过程。,一、动力机：wi=-h=h1-h2=wt 工质在其中膨胀，其对外输出的净功等于工质进出口焓降 二、压气机：wC=-wi=h=h2h1=wt 工质在其中被压缩，外界对其做功全部转变为工质焓增。 三、换热器：q=h=h2-h1 工质与外界交换的热量主要用于改变其的焓值。 四、管道：1/2（cf22cf12）=h1-h2 工质的焓降用于增加其自身动能。 五、节流：h1=h2 节流前后工质的焓值保持不变。,2018/9/28,42,各章基本知识点,第二章 热力学第一定律总结,热力学第二定律的实质 热力学第二定律的表达式及使用条件 四种功，及其相互关系 焓和熵
14、,本质：能量守恒与转换定律,热力学第一定律表达式和适用条件,任何工质，任何过程,任何工质，准静态过程,任何工质，任何稳流过程,准静态下两个热力学微分关系式,适合于闭口系统和稳流开口系统,后续很多式子基于此两式,u与 h,U, H 广延参数 u, h 比参数,U 系统本身具有的内部能量,H 不是系统本身具有的能量，开口系中随工质流动而携带的，取决于状态参数的能量,四种功的关系,准静态下,闭口系过程,开口系过程,容积变化功w,技术功wt,轴功ws,推进功(pv),几种功的关系,w,wt,(pv), c2/2,ws,gz,做功的根源,ws,技术功和容积变化功如何在图上表示？,问题,因为气体边膨胀边放热是可能的,对工质加热，其温度反而降低， 这种情况不可能,第三章 气体和蒸汽的性质,理想气体的概念：微观模型宏观解释现实应用 微观模型：分子是弹性、不具体积的质点，分子间没有作用力。 宏观解释：实际气体在p0,v时的极限状态，此时分子本身体积远小于其活动空间，内位能可以忽略。 现实应用：工程中常用的氧气、氮气、空气、燃气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理。,2018/9/28,
