機(jī)電工程技術(shù)——了解流體流動(dòng)阻力的影響因素

1、2. 準(zhǔn)平衡過程：過程的實(shí)現(xiàn)是平衡狀態(tài)被打破的結(jié)果，但每一中間狀態(tài)，既離開平衡狀態(tài), 乂無限接近于平衡狀態(tài)，這樣的過程稱為準(zhǔn)平衡過程。3. 町逆過程：熱力系統(tǒng)完成某一準(zhǔn)平衡過程z后，若能夠沿原變化返回其初始平衡狀態(tài)， ji對(duì)系統(tǒng)和外界均不的卜任何影響，則稱該過程為可逆過程。反之則為不對(duì)逆過程。實(shí)際屮 的熱力過程都是不可逆過程，因?yàn)檫^程中存在著各種各樣的能量損失，系統(tǒng)與外界不可能不 留下變化而返冋到初始狀態(tài)。4. 熱力循環(huán)：如果系統(tǒng)經(jīng)歷若干個(gè)不重復(fù)的過程，授終又回到初始狀態(tài)，所形成的封閉的 熱力過程叫做熱力循環(huán)。熱力過程中，系統(tǒng)通過邊界與外界傳遞的能量即熱量與功。熱量與功是過程量，是用來衡量 熱

2、力系統(tǒng)與外界進(jìn)行能量傳遞的尺度。四、熱力學(xué)第一定律；熱力學(xué)第一定律可以表述為“來源：建設(shè)工程教行網(wǎng)www. jianshe99. com熱可以變?yōu)楣?，?也可以變?yōu)闊帷Ｒ涣⒘康臒嵯?，必產(chǎn)牛與z數(shù)量相當(dāng)?shù)墓?；消耗一立暈的功吋，也必?現(xiàn)相應(yīng)數(shù)量的熱”。其基本表達(dá)形式為進(jìn)入系統(tǒng)的能最一離開系統(tǒng)的能最一系統(tǒng)儲(chǔ)存能最的 增加來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshe99. com在實(shí)際的熱力設(shè)備屮進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，工質(zhì)要在熱力裝置中循環(huán)不斷地流經(jīng)相互銜接的熱力設(shè) 備，完成不同的熱力過程，才能實(shí)現(xiàn)熱與功的轉(zhuǎn)換，分析各種熱力設(shè)備時(shí)，常把它們看作開 口系統(tǒng)（如鍋爐、汽輪機(jī)），并口認(rèn)為工質(zhì)在流經(jīng)熱力設(shè)備時(shí)，

3、流人和流出系統(tǒng)的質(zhì)量流量 不隨時(shí)間變化，系統(tǒng)任何一點(diǎn)的參數(shù)和流速不隨來源：建設(shè)工程教冇網(wǎng)v. jianshe99. com 時(shí)間變化，系統(tǒng)內(nèi)的儲(chǔ)存能不隨時(shí)間變化，單位時(shí)間內(nèi)加入系統(tǒng)的熱量和系統(tǒng)對(duì)外所做的功 也不隨時(shí)間改變。這樣的流動(dòng)過程稱為穩(wěn)定流動(dòng)。很多實(shí)際的流動(dòng)過程都可以作為穩(wěn)定流動(dòng) 過程處理。這樣熱力學(xué)第一定律在開口系統(tǒng)可以簡化為進(jìn)入系統(tǒng)的能量一離開系統(tǒng)的能量五、熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)笫二定律的表述方法有以下兒種：（1）熱不町能口發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳向高溫物體。（2）凡是有溫度差的地方都能產(chǎn)生動(dòng)力。（3）不可能制造出從單一熱源吸熱，使z全部轉(zhuǎn)化成為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā) 動(dòng)機(jī)

4、?？ㄖZ循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成，是實(shí)際動(dòng)力循環(huán)中效率最髙的理想循環(huán)，其 循環(huán)的熱效率表達(dá)式為7 = 1寺（1h411023）rtl上式來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshe99. com得出一些重要結(jié)論如下：（1）循環(huán)熱效率研決定于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩吹臏囟萾1和t2,捉高工質(zhì)吸熱溫度并且盡可 能降低工質(zhì)排向冷源（大氣環(huán)境）的溫度，可提高循環(huán)熱效率。（2）循環(huán)熱效率永遠(yuǎn)小于100%,因?yàn)閠100和tz0都是無法實(shí)現(xiàn)的，這止是熱力學(xué)第二定律所揭示的規(guī)律。（3）當(dāng)t1二t2時(shí)，循環(huán)熱效率為零。這就是說，在沒有溫差存在的體系中，熱能不可能轉(zhuǎn)變 為機(jī)械功，要利用熱能來產(chǎn)生動(dòng)力，就一定要

5、有溫度高于環(huán)境的高溫?zé)嵩础＃?）在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g丄作的一切對(duì)逆循環(huán)，均具有相同的熱效率，且與工質(zhì) 的性質(zhì)無關(guān)。來源：建設(shè)匸程教育網(wǎng)（5）在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的任何不可逆循環(huán)，其熱效率必低于在兩個(gè)同樣恒 溫?zé)嵩磇'可工作的可逆循環(huán)。實(shí)際循環(huán)都是不可逆循環(huán)，其熱效率必低于同溫限的卡諾循環(huán)。1h411024 了解流體流動(dòng)阻力的影響因索一、流體流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshe99. com流體流動(dòng)阻力的產(chǎn)生，原因是多方面的。其內(nèi)在原因均為流體具有黏性而造成的內(nèi)摩擦，外 在原因是流道界面的限制，使流體與流道壁面接觸，發(fā)生流體質(zhì)點(diǎn)與壁面間的摩擦和撞

6、擊, 消耗能量，形成阻力。來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshe99. comrfl此nj見，流體流動(dòng)阻力大小與流體黏度、來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jiar）she99. com流道 結(jié)構(gòu)形狀、流道壁面粗糙程度、流速等因素有關(guān)。二、管內(nèi)液體流動(dòng)類型1. 流動(dòng)型態(tài)將微量有色液體導(dǎo)入水流中，使有色液體隨水流一起流動(dòng)。當(dāng)水流速度很小時(shí)，有色液體沿 管軸線作直線運(yùn)動(dòng)，呈細(xì)直線狀，與相鄰的流體質(zhì)點(diǎn)無宏觀上的混介，這種流動(dòng)型態(tài)稱來源: 建設(shè)工程教育網(wǎng)www為層流或滯流；隨著水的流速增大，冇色液體流動(dòng)的細(xì) 線開始抖動(dòng)、彎曲，呈現(xiàn)波浪形；當(dāng)流速再增大時(shí)，波形起伏加劇，出現(xiàn)強(qiáng)烈的騷擾滑動(dòng), 全管內(nèi)水的

7、顏色均勻一致，這種流動(dòng)型態(tài)稱為湍流或紊流。2. 雷諾數(shù) 科學(xué)家雷諾采用不同的流體、不同的管徑和不同管內(nèi)壁粗糙度的管子多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果表明：流體的流動(dòng)型態(tài)除了與流速口有關(guān)外，還與管徑d、密度id、黏度p這三個(gè)因素有關(guān)。 雷諾將這四個(gè)因素組成一個(gè)復(fù)合數(shù)群，以符號(hào)re表示：恥=如或?qū)?辺（1h411024-d2 v實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于流體在圓管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)re<2000時(shí)，流動(dòng)型態(tài)為層流；，當(dāng)re> 4000時(shí), 流動(dòng)型態(tài)為湍流；當(dāng)re二2000400來源：建設(shè)工程教冇網(wǎng) 0時(shí)，稱為 過渡流。三、圓管內(nèi)流動(dòng)損失的計(jì)算管路系統(tǒng)主要中兩部分組成，一部分是直管；另一部分是管件（如彎頭、三通）

8、、閥門等。 將流體流經(jīng)直管的能量損火稱為沿程阻力（或直管阻力）；流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方 的能量損失稱為局部肌力。來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www.jiqnshe99.coni（一）沿程阻力（直管阻力）損失hr的計(jì)算來源：建設(shè)工程教冇網(wǎng)www. jianshe99. com流體流經(jīng)一立管徑的肓管時(shí)，山于流體內(nèi)摩擦力的作用而產(chǎn)牛的阻力。其大小按下式計(jì)算:(1h411024-2)式中hl沿程阻力損失（m）；x摩擦系數(shù)，與雷諾數(shù)rp和管壁粗糙度e有關(guān)，可通過實(shí)驗(yàn)測定，也可以通過計(jì)算得出。 當(dāng)流態(tài)處于層流時(shí)，(1h411024-3)1直管段長度5）；d管內(nèi)徑（m）:v流體在管內(nèi)流速（m/s）（二）局部阻

9、力損失危：的計(jì)算局部阻力是指流體通過管路中的管件（如三通、彎頭、大小 頭等）、閥門、管子出入口及流量計(jì)等局部障礙處而發(fā)牛的阻力。1. 阻力系數(shù)法(1h411024-4)式中©局部陽力系數(shù)，山實(shí)驗(yàn)測定，或查閱有關(guān)圖表。2. 當(dāng)量長度法將流體的局部阻力折合成相當(dāng)于流體流經(jīng)同直徑管長為2.的直管時(shí)所產(chǎn)牛的阻力，局部阻力 損失可表示為(1h411024-5)式中e管件的當(dāng)量長度，其值由實(shí)驗(yàn)測定，或查閱有關(guān)圖表。3. 管路的總阻力損失管路的總阻力損失為流體流經(jīng)直管的阻力損火與各局部阻力損失z和。來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshe99. comehf=hf+ehz f； （1ii411

10、024-6）四、經(jīng)濟(jì)管徑的確定當(dāng)流體流量q定時(shí)，管徑d與成反比。若選較大流速，則管徑減小，投資費(fèi)用亦減少， 但流體流動(dòng)阻力增大，運(yùn)行費(fèi)用（包括能耗及每年的大修理費(fèi)用）將隨之增加；反之，若選 較小流速，運(yùn)行費(fèi)用減小，但管徑增人，使投資費(fèi)用增加。因此，適宜流速的選擇應(yīng)使每年 的運(yùn)行費(fèi)與按使用年限計(jì)算的投資冋收折舊費(fèi)之和為最小。工程實(shí)際中，流體在管路中常用流速范圍有一定的規(guī)律。密度大或黏度大的流體，流速取小 一些；對(duì)于含有固體雜質(zhì)的流體，流速宜取人一些，以避免固體雜質(zhì)沉積在管路中；對(duì)于真 空管路，選擇的流速必須保證產(chǎn)生的壓力降ap低于允許值。確定經(jīng)濟(jì)管徑時(shí)，一般先選擇適宜流速（或來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)

11、稱經(jīng) 濟(jì)流速），由佔(zhàn)算出管徑，再関整到管子標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。111411030機(jī)電工程材料的分類和性能1h411031掌握機(jī)電工程材料的分類來源：建設(shè)工程教療網(wǎng)www. jianshe99. com工程上通常按材料的物理化學(xué)屬性將材料分為：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料。一、金屬材料（一）黑色金屬來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshe99. com又稱為鋼鐵材料，按照碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含量不同，可以分為生鐵和鋼。1. 生鐵：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量人于2%的為生鐵。2. 鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量小于2%的為鋼，依據(jù)其中是否含有合金元素可分為碳素鋼與合金鋼。（1）碳素鋼：按含碳量的多少，可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼

12、。（2）合金鋼：按合金元素含量的多少，可分為低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼。（二）有色金屬恢金屬以外的其他金來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)www. jianshc99. com屬及合金統(tǒng)稱為有色金屬材 料。工程上常用的有色金屬包括重金局和輕金局。1. 重金屬（1）銅及銅合金工業(yè)純銅密度為8. 969/cm3,具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及優(yōu)良的焊接性能，純銅強(qiáng)度不 高，硬度較低，塑性好。在純銅中加入合金元素制成銅合金，除了保持純銅的優(yōu)良特性外, 還具有較高的強(qiáng)度，主要品種有黃銅、青銅、白銅。（2）鋅及鋅合金純鋅具有一定的強(qiáng)度和較好的耐蝕性。鋅合金分為變形鋅合金、鑄造鋅合金、熱鍍鋅合金。（3）磔及磔合金純銀是

13、銀白色的金屬，強(qiáng)度較高，塑性好，導(dǎo)熱性差，電阻大。鎳表而在有機(jī)介質(zhì)溶液屮會(huì) 形成鈍化膜保護(hù)層而有極強(qiáng)的耐腐蝕性，特別是耐海水腐蝕能力突出。鎳合金是在鐮中加入銅、珞、鑰等而形成的，耐高溫,耐酸堿腐蝕。2. 輕金屬（1）鋁及鋁合金工業(yè)純鋁密度小，具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，蜩性好，但強(qiáng)度、硬度低，耐磨性差，可進(jìn) 行各種冷、熱加工。鋁合金分為變形鋁合金、鑄造鋁合金。（2）鎂及鎂合金純鎂強(qiáng)度不高，室溫塑性低，耐蝕性差，易氧化，可用作還原劑。鏤合金可分為變形鏤合金、鑄造鏤合金，用于飛機(jī)、宇航結(jié)構(gòu)件和高氣密零部件。（3）飲及飲合金純鈦的強(qiáng)度低，但比強(qiáng)度高，塑性及低溫韌性好，耐腐蝕性好。隨著鈦的純度降低，強(qiáng)度

14、升 高，塑性大大降低。在純鈦中加入合金元素對(duì)其性能進(jìn)行改善和強(qiáng)化形成飲合金，其強(qiáng)度、耐熱性、耐蝕性可得 到很大提高。二、無機(jī)非金屬材料（一）硅酸鹽材料是以天然礦物或人工合成的各種化合物為基本原料，經(jīng)粉碎、配料、成型和高溫?zé)Y(jié)等工序 制成的無機(jī)非金屬固體材料。包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷。1. 水泥以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，獲得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石 膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。2. 玻璃以多種無機(jī)礦物為原料，在高溫卜燒至熔融，再經(jīng)急冷而得的一種各向同性勻質(zhì)的硅酸鹽材 料。其化學(xué)穩(wěn)定性好，質(zhì)地堅(jiān)硬，熱膨脹系數(shù)低，但熱穩(wěn)定性很差，在急熱、急冷情況下很 容易炸裂。3.

15、 陶瓷是以黏土等硅酸鹽類礦物為原料，經(jīng)粉末處理、成型、燒結(jié)等過程加工而成。具有堅(jiān)硬、不 燃、不牛銹、能承受光照、壓力和電作用等優(yōu)良的性能。按照陶瓷材料的性能和用途不同可分為：結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷。（1）結(jié)構(gòu)陶瓷：具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、髙強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，是典型的耐高溫 材料、高硬度材料、高耐蝕材料。（2）功能陶瓷：除了具有優(yōu)異力學(xué)性能外，還具有良好的電、磁、熱、光籌其他物理化學(xué) 性能。（二）高分子材料是rh和対分子質(zhì)量很大的大分子組成的材料。由小分子單體經(jīng)聚合反應(yīng)牛成大分子鏈而得到 高分子材料，通過加工制成各種高分子材料制品。高分子材料由于本身的結(jié)構(gòu)特性，表現(xiàn)出與其他材料所不同的特點(diǎn)，表

16、現(xiàn)為：質(zhì)輕、透明， 具冇柔軟、高彈的特性；多數(shù)高分子材料摩擦系數(shù)小，易滑動(dòng)，能吸收振動(dòng)和聲音能量；是 電絕緣體、難導(dǎo)熱體，熱膨脹較大，耐熱溫度低，低溫脆性；耐水，大多數(shù)能耐酸、堿、鹽 等；具有蠕變、應(yīng)力松弛現(xiàn)象的黏彈特性；使用過程中會(huì)出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。1. 塑料塑料是以合成的或天然的樹脂作為主要成分，添加一些輔助材料如填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、 防老劑等，在一定溫度、壓力下加工成型。按照成型工藝不同，分為熱塑性塑料、熱固性塑 料。（1）熱塑性塑料 是以熱幫性樹脂為主體成分，加工槊化成型后具有鏈狀的線狀分子結(jié)構(gòu)，受熱后乂軟化，可以反復(fù)塑制成型。（2）熱固性塑料是以熱1古i性樹脂為主體成分，加工i古i

17、化成型厲具有網(wǎng)狀的體型結(jié)構(gòu)，受熱厲不再軟化，強(qiáng)熱 下發(fā)生分解破壞，不可以反復(fù)成型。2. 橡膠橡膠是具有高彈性的髙分子材料，它是由生膠、配合劑、增強(qiáng)劑組成，按材料來源不同分為 天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠彈性最好，具有強(qiáng)度大、電絕緣性好、不透水的特點(diǎn)。3. 纖維具有很人長徑比和一定柔韌性的纖細(xì)物質(zhì)。按原材料及生產(chǎn)過程不同可分為人造纖維與合成 纖維。（1）人造纖維是利用口然界中的木料、蘆葦、棉絨等原料經(jīng)過制漿提取纖維素，再經(jīng)過化 學(xué)處理及機(jī)械加工1何成的。（2）合成纖維是利用石汕、煤炭、天然氣等原料生產(chǎn)制造的纖維制品。4. 涂料是一種涂覆于i古i體物質(zhì)農(nóng)而并形成連續(xù)性薄膜的液態(tài)或粉末狀態(tài)的物質(zhì)。涂

18、料的主要功能:（1）保護(hù)被涂覆物體免受各種作用而發(fā)生表面的破壞；（2）裝飾效果；（3）防火、防靜電、防輻射。（三）膠粘劑：用來將其他材料粘接在一起的材料。通過粘附作用，使同質(zhì)或異質(zhì)材料連接 在一起。三、復(fù)合材料1. 樹脂基復(fù)合材料：是以合成樹脂為膠粘劑，玻璃纖維作增強(qiáng)材料麗制成的復(fù)合材料，又 稱為玻璃鋼。其主耍特點(diǎn)是；非勻質(zhì)材料，無明顯屈服點(diǎn)，材料呈脆性破壞，熱傳導(dǎo)慢，隔 熱性能好，有良好的農(nóng)面性能和施工工藝性，但剛性差，彈性模量小。2. 金屬基復(fù)介材料：是以金屬為棊體，復(fù)介高強(qiáng)度的增強(qiáng)體材料制造而成。其特點(diǎn)是高比 強(qiáng)度、比模量，良好的髙溫性能、尺寸穩(wěn)定性，較低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)界的導(dǎo)電導(dǎo)熱性。1h4110