核反應堆熱工水力學第5部分穩(wěn)態(tài)工況下流體力學分析

第0章熱工水力基礎(chǔ)壓水堆操縱員基礎(chǔ)理論培訓——《核反應堆熱工水力學》授課人：核能熱能電能機械能核電廠的任務主要內(nèi)容要點第一部分熱力學1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)2水蒸氣特性3熱力循環(huán)和過程第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)2伯努力方程3層流、湍流(紊流)第三部分傳熱學1導熱2對流換熱3輻射換熱4傳熱過程能量轉(zhuǎn)換的原理和規(guī)律——熱量傳遞的規(guī)律——流體在各種設(shè)備中流動的規(guī)律——熱力學傳熱學流體力學熱工水力基礎(chǔ)第一部分熱力學1)2)3)1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)2水蒸氣特性3熱力循環(huán)和過程1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)熱力學研究熱能與機械能及其他形式能之間的轉(zhuǎn)換工作過程中所遵循的基本規(guī)律以及與轉(zhuǎn)換有關(guān)的物質(zhì)的熱物理性質(zhì)?；靖拍顭崃ο到y(tǒng)：人為分割出來作為熱力學分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。外界：系統(tǒng)（熱力系統(tǒng)）外的所有物質(zhì)。邊界（界面）：系統(tǒng)和外界之間的分界面。工質(zhì)：實現(xiàn)熱能與機械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)稱為工質(zhì)。熱源（高溫熱源）：把工質(zhì)從中吸收熱能的物系稱為熱源。冷源（低溫熱源）：把接收工質(zhì)排出熱能的物系叫做冷源。熱能動力裝置工作過程：工質(zhì)自高溫熱源吸熱，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機械能而做功，把余下部分傳給低溫熱源。完成這一過程的整套設(shè)備（包括輔助設(shè)備），統(tǒng)稱為熱能動力裝置。1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本概念開口系(控制體積)：系統(tǒng)與外界不僅有能量交換而且有物質(zhì)交換。閉口系(控制質(zhì)量)：系統(tǒng)與外界只有能量交換而沒有物質(zhì)交換。絕熱系：系統(tǒng)與外界間沒有熱量交換。孤立系：系統(tǒng)與外界既無能量交換又無物質(zhì)交換。熱力學狀態(tài)：工質(zhì)在熱力變化過程中的某一瞬間所呈現(xiàn)的宏觀物理狀況，稱為工質(zhì)的熱力學狀態(tài)，簡稱狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)所處狀態(tài)的宏觀物理量。平衡狀態(tài)：無外界影響時系統(tǒng)保持狀態(tài)參數(shù)不隨時間而改變的狀態(tài)。1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特征（1）狀態(tài)參數(shù)是宏觀量，是大量粒子的統(tǒng)計平均效應，只有平衡態(tài)才有狀參，系統(tǒng)具有多個狀態(tài)參數(shù)，p，V，T，U，H，S等。（2）單值函數(shù)：物理上與過程無關(guān)，數(shù)學上是全微分。（3）強度量：與系統(tǒng)質(zhì)量無關(guān)的參數(shù)，如壓力p、溫度T。（4）廣延量：與系統(tǒng)質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)，可加性，如：體積V、內(nèi)能U、焓H、熵S。（5）比參數(shù)：比體積、比內(nèi)能、比焓、比熵。1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特征1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

物理中壓強，單位面積上所受作用力的法向分量，單位:Pa,N/m2常用單位：

1bar=105Pa1MPa=106Pa1atm=760mmHg=1.013105Pa1mmHg=133.3Pa1at=735.6mmHg=9.80665104Pa1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

壓力的測量：一般是工質(zhì)絕對壓力與環(huán)境壓力的相對值：相對壓力，注意：只有絕對壓力p才是狀態(tài)參數(shù)！1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

絕對壓力與相對壓力當p>pb表壓力pe當p<pb真空度pv壓力測量方法高精度測量：活塞式壓力計等工業(yè)或一般科研測量：水銀計、壓力傳感器等1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（1）壓力p

環(huán)境壓力與大氣壓力環(huán)境壓力：指壓力表所處環(huán)境下的壓力，注意：環(huán)境壓力一般為大氣壓，但不一定。大氣壓力：大氣對浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強，大氣壓隨時間、地點變化，物理大氣壓1atm=760mmHg。當h變化不大，ρ常數(shù)1mmHg=ρgh=133.322Pa當h變化大，ρρ(h)1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）傳統(tǒng)：冷熱程度的度量。感覺，導熱，熱容量微觀：衡量分子平均動能的量度，T0.5mw21)同T,0.5mw2不同，如：碳固體和碳蒸氣；2)0.5mw2總0,T0,1951年核磁共振法對氟化鋰晶體的實驗發(fā)現(xiàn)負的開爾文溫度；3)T=00.5mw

2=0分子一切運動停止，零點能。1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）熱力學第零定律(R.W.Fowler):如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則兩個系統(tǒng)彼此必然處于熱平衡。熱力學第零定律是溫度測量的理論基礎(chǔ)。溫度計。熱力學相關(guān)定律（復習）熱力學第零定律

1931年

溫度T熱力學第一定律18401850年能量E熱力學第二定律18541855年

熵S熱力學第三定律1906年

熵S基準1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）溫度的熱力學定義:處于同一熱平衡狀態(tài)的各個熱力系，必定有某一宏觀特征彼此相同，用于描述此宏觀特征的物理量即——溫度。溫度是確定一個系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量。1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（2）溫度t（T）溫度的測量溫度計物質(zhì)（水銀，鉑電阻）特性（體積膨脹，阻值）基準點刻度溫標常用溫標溫標的換算溫度測量方法日常：水銀溫度計，酒精溫度計，水溫度計工業(yè)：熱電偶，熱敏電阻計量：鉑電阻溫度計1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)壓力(p)、溫度(t)、比容(v)（3）比容v比容也稱比體積，描述物質(zhì)聚集程度的參數(shù)，數(shù)值上是密度的倒數(shù)。1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)比內(nèi)能(u)、比焓(h)、比熵(s)（1）比內(nèi)能u儲存于系統(tǒng)內(nèi)部的能量稱為內(nèi)能(U)，單位：J；內(nèi)能與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的內(nèi)部粒子微觀運動和粒子的空間位置有關(guān)，包括：分子的移動動能、轉(zhuǎn)動動能、分子間的位能和分子內(nèi)部的能量(原子振動動能和位能)；單位質(zhì)量工質(zhì)的內(nèi)能稱為比內(nèi)能(u)，單位：J/kg，比內(nèi)能決定于工質(zhì)的溫度和比體積，即：u=f(t,v)1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)比內(nèi)能(u)、比焓(h)、比熵(s)（1）比焓h比焓是比內(nèi)能(u)和推進功(pv)的總和，單位：J/kg；比焓是研究流動工質(zhì)能量輸送的一個重要熱力參數(shù)；h=u+pv1熱力學的特性和狀態(tài)參數(shù)基本狀態(tài)參數(shù)比內(nèi)能(u)、比焓(h)、比熵(s)（1）比熵s熵(S)用來表示可逆過程傳熱標志，用過程傳遞的熱力除以工質(zhì)的溫度表示，單位：J/K；比熵(s)表示單位質(zhì)量工質(zhì)的熵，單位：J/(kg.K)；dS=dQ/T2水蒸氣特性水是壓水堆中一回路的冷卻劑和慢化劑、二回路的動力循環(huán)工質(zhì)；水的物性包括：熱力學性質(zhì)和輸運性質(zhì)；熱力學性質(zhì)包括：溫度、壓力、比體積、比熱容、比焓、比熵；輸運性質(zhì)包括：熱導率、動力粘度、運動粘度和表面張力等。汽化：由液態(tài)到氣態(tài)的過程蒸發(fā)：在液體表面進行的汽化過程液化：由氣相到液相的過程沸騰：在液體表面及內(nèi)部進行的強烈汽化過程2水蒸氣特性飽和狀態(tài)的溫度—飽和溫度，ts(Ts)飽和狀態(tài)的壓力—飽和壓力，ps加熱，使溫度升高如t'，保持定值，系統(tǒng)建立新的動態(tài)平衡。與之對應，p變成ps'。一一對應，只有一個獨立變量。當汽化速度=液化速度時，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡，宏觀上氣、液兩相保持一定的相對數(shù)量—飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)的概念2水蒸氣特性★

幾個名詞飽和液—處于飽和狀態(tài)的液體：t=ts；干飽和蒸汽—處于飽和狀態(tài)的蒸汽：t=ts；未飽和液

—溫度低于所處壓力下飽和溫度的液體：t<ts；過熱蒸汽

—溫度高于飽和溫度的蒸汽：t>ts,t–ts=d過熱度；濕飽和蒸汽—飽和液和干飽和蒸汽的混合物：t=ts;干度—濕蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分數(shù)。濕度y=1–x2水蒸氣特性水定壓加熱汽化過程預熱汽化過熱t(yī)<tst=tst=tst=tst>ts2水蒸氣特性水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖動力工程中水蒸氣不宜利用理想氣體性質(zhì)計算。水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)可按不同區(qū)域，由給出的獨立狀態(tài)參數(shù)通過實際氣體狀態(tài)方程及其它一般關(guān)系式計算（通常由計算機計算）或查圖表確定。水定壓加熱汽化過程的p-v圖及T-s圖規(guī)定：三相點液態(tài)水熱力學能及熵為零可近似為零未飽和水（t，p）：查圖表或由專用程序計算飽和水和飽和水蒸氣(ps和ts)：查圖表或由專用程序計算過熱蒸汽（p，t）：查圖表或由專用程序計算濕飽和蒸汽：由ts（或ps）與x共同確定零點規(guī)定00.01515253570100110150200250300350373.990.00061120.00061170.00087250.00170530.00316870.00562630.0311780.1013250.1432430.475711.553663.973518.5830816.52122.0640.001000220.001000180.001000080.001000940.001003020.001006050.001022760.001043440.001051560.001090460.001156410.001251450.001403690.001740080.003106206.154206.012147.04877.91043.36225.2225.04431.67361.21060.392860.127320.0501120.0216690.0088120.003106-0.050.0021.0262.96104.77146.59293.01419.06461.33632.28852.341085.31344.01670.32085.92500.512500.532509.712528.072546.292564.382626.102675.712691.262746.352792.472800.662748.712563.392085.872500.62500.52488.72465.12441.52417.82333.12256.62229.92114.11940.11715.41404.7893.00.0-0.00020.00000.07630.22480.36700.50500.95501.30691.41861.84202.33072.79263.25333.77734.40929.15449.15419.02368.77948.55608.35117.75407.35457.23866.83816.43126.07165.70425.21044.4092飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）(一)依溫度排列水蒸汽表(二)依壓力排列0.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.51.02.03.05.010.022.0646.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.240151.867179.916212.417233.893263.980311.037373.990.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.00109250.00112720.00117670.00121660.00128620.00145220.003106129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.374860.194380.0995880.0666620.0394390.0180260.00310629.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.35762.84908.641008.21154.21407.22085.92513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592777.672798.662803.192793.642724.462085.872484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.22014.81890.01794.91639.51317.20.00.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86102.13882.44712.64542.92013.35914.40928.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82146.58596.33956.18545.97245.61394.4092飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）水蒸汽表未飽和水和過熱蒸汽表p0.001MPa0.005MPa0.01MPa飽和參數(shù)ts=6.949℃v’=0.0010001,v”=129.185h’=29.21,h”=2513.3s’=0.1056,s”=8.9735ts=32.879℃v’=0.0010053,v”=28.191h’=137.72,h”=2560.6s’=0.4761,s”=8.3930ts=45.799℃v’=0.0010103,v”=14.673h’=191.76,h”=2583.7s’=0.6490,s”=8.1481tvhsvhsvhs℃m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kgK)m3/kgkJ/kgkJ/(kg·K)00.0010002-0.05-0.00020.00100020.0010003-0.05-0.00020.0010002-0.04-0.000210130.5982519.08.993842.010.15100.001000342.010.151020135.2262537.79.05880.001001883.870.29630.001001883.870.296340144.4752575.29.182328.8542574.08.43660.001009167.510.572350149.0962593.99.241229.7832592.98.496114.8692591.88.173260153.7172612.79.298430.7122611.88.553715.3362610.88.231380162.9562650.39.408032.5662649.78.663916.2682648.98.3422100172.1922688.09.512034.4182687.58.768217.1962686.98.4471120181.4262725.99.610936.2692725.58.867418.1242725.18.5466水蒸汽表水蒸氣的焓—熵（h-s）圖定干度線，定壓線，定溫線，定容線焓熵圖水和水蒸氣熱力性質(zhì)程序熱力性質(zhì)程序水蒸氣的基本過程計算過程中狀態(tài)參數(shù)確定—圖表或?qū)Ｓ贸绦蛴嬎?。功、熱量的計算式基本過程計算oTsC..0123qlγqsup.（1）定壓過程（2）定熵過程水蒸氣的基本過程計算基本過程計算蒸汽動力裝置基本特點蒸汽產(chǎn)生裝置汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器過熱器1、熱源，冷源2、工質(zhì)（水、蒸汽）3、膨脹做功4、循環(huán)(加壓、加熱、膨脹做功、放熱)3熱力循環(huán)和過程abcdbcda熱效率：循環(huán)經(jīng)濟性指標：收益代價動力循環(huán)：封閉的輸出功的熱力過程。3熱力循環(huán)和過程卡諾循環(huán)和卡諾定理是兩個熱源的可逆循環(huán)絕熱壓縮等溫吸熱熱膨脹等溫放熱122334453熱力循環(huán)和過程卡諾循環(huán)熱效率討論：2）3）第二類永動機不可能制成。4）卡諾循環(huán)指明了一切熱機提高熱效率的方向。1）3熱力循環(huán)和過程卡諾定理定理1：在相同溫度的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)，與采用哪種工質(zhì)也無關(guān)。定理2：在同為溫度T1的熱源和同為溫度T2的冷源間工作的一切不可逆循環(huán)，熱效率必小于可逆循環(huán)熱效率。理論意義：1）提高熱機效率的途徑：可逆、提高T1，降低T2；2）提高熱機效率的極限。3熱力循環(huán)和過程水蒸氣朗肯循環(huán)

p-v及T-s圖

流程圖3熱力循環(huán)和過程★朗肯循環(huán)的熱效率

★提高朗肯循環(huán)熱效率的措施a）提高新蒸汽溫度；b）提高新蒸汽壓力；c）降低乏汽壓力。3熱力循環(huán)和過程壓水堆核電廠二回路循環(huán)熱效率2-3乏汽在冷凝器中冷凝，也為定壓過程4-3絕熱壓縮，給水泵消耗的功忽略水泵功

3熱力循環(huán)和過程4-1水在蒸汽發(fā)生器中的預熱、汽化過程近似認為定壓過程1-2過程絕熱影響循環(huán)熱效率的因素1）循環(huán)新蒸汽壓力和溫度循環(huán)平均放熱溫度T

m2

相等,但1p2p341p平均吸熱溫度比循環(huán)12341平均吸熱溫度高，因此初壓較高的循環(huán)1p2p341p熱效率較高?！鴨渭兲岣叱鯄毫?，雖可提高熱效率，但同時也造成汽輪機出口蒸汽干度下降，干度過低將危及汽輪機安全運行。▲壓水堆用二回路采用飽和蒸汽，飽和蒸汽的溫度和壓力一一對應，提高二回路蒸汽溫度的效果和提高壓力效果一樣。3熱力循環(huán)和過程▲提高二回路蒸汽溫度（或壓力）需提高一回路冷卻劑的溫度，提高一回路冷卻劑壓力是提高核電廠循環(huán)熱效率的有效途徑。但這受水的熱物理性質(zhì)制約。▲大亞灣核電廠反應堆出口冷卻劑平均溫度為329.8℃，一回路壓力為15.5MPa（飽和溫度344.7℃）。若提高到20MPa，其飽和溫度365.7℃，兩者相比，雖然冷卻劑飽和溫度提高21℃，可以使二回路蒸汽的初溫有一定的提高，而帶來循環(huán)熱效率的些微提高，但一回路壓力卻因此而提高了4.5MPa，這將提高系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備的承壓要求及材料和加工制造的難度，最終影響到電廠的經(jīng)濟性所以，目前壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)的工作壓力大多在15MPa。影響循環(huán)熱效率的因素3熱力循環(huán)和過程2）乏汽壓力維持蒸汽初參數(shù)p1、T1不變，降低乏汽壓力p2，熱效率提高。乏汽壓力p2選擇取決于冷凝器內(nèi)冷卻流體的溫度，冷卻流體是自然界中的水（或空氣），降低p2受制于環(huán)境溫度。3）提高核電廠循環(huán)熱效率的其他方法采用抽汽回熱循環(huán)、再熱循環(huán)等；采用新堆型等。影響循環(huán)熱效率的因素3熱力循環(huán)和過程壓水堆電廠的汽水分離再熱和回熱循環(huán)簡化流程

3熱力循環(huán)和過程第二部分流體力學1)2)3)1流體的物理性質(zhì)2伯努力方程3層流、湍流(紊流)1流體的物理性質(zhì)流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)

連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成。流體質(zhì)點：含有大量分子而體積足夠小的流體團，能給出流體穩(wěn)定平均值的最小體積單位。物理上小體積數(shù)學上：幾何點連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的涵義：空間任意點上的物理量就是指位于該點的流體質(zhì)點的物理量，而且是連續(xù)可微函數(shù)。流體密度：第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)

流動性：密度、比容、重度、比重；粘性：理想流體和粘性流體；壓縮性：可壓縮流體和不可壓縮流體。第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：流動性

密度(density)：

()比容(specificvolume)：重度（specificweight）：（）比重（specificgravity）：第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：粘性

1.牛頓內(nèi)摩擦定律——Newton’s實驗：發(fā)現(xiàn)粘俯現(xiàn)象（內(nèi)摩擦力）；發(fā)現(xiàn)內(nèi)摩擦（剪應）力和變形速率呈線性ybFAU——內(nèi)摩擦力。產(chǎn)生原因：分子引力；分子動量交換?！獎恿φ承韵禂?shù)（Pa.s）。值越大，流體越粘，抵抗變形運動的能力越強?！\動粘性系數(shù)（m^2/s）。（常溫常壓下）第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：粘性

2.理想流體與粘性流體

理想流體：的流體（無粘性流體）

粘性流體：的流體（真實流體）3.牛頓流體和非牛頓流體

牛頓流體:

的流體。剪應力和變形速率滿足線性關(guān)系。

非牛頓流體：的流體。剪切應力和變形速率不滿足線性關(guān)系。

m<1m=1m>1牛頓流體和非牛頓流體O第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：壓縮性

不可壓縮流體：

液體和低速流動的氣體（v<70m/s）可作為不可壓縮流體處理。但水中爆炸、擊水或研究水聲的傳播等問題中，必須考慮液體的壓縮性。壓縮性：流體的密度或容積隨壓力或溫度變化的性質(zhì)。流體都是可壓縮的。

(bulkmodulus)第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)：壓縮性

聲速（speedofsound）:(isentropic)完全氣體(PerfectorIdealGas):

(theequationofstate)正壓流體:

（isothermalprocess)(isentropicprocess)第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)流體的界面現(xiàn)象和性質(zhì)：

1.互不摻混流體界面——表面張力2.流體與固壁界面——表面張力

毛細現(xiàn)象：氣、液、固三種界面之間的浸潤作用。3.流-固界面上速度的連續(xù)性

粘性流體：界面上流體速度和固體運動速度相等。理想流體：界面上允許流體切向滑移，但不能穿透，即界面上流-固速度的法向投影相等。第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

重力場中：單位質(zhì)量質(zhì)量力：質(zhì)量力的合力：1.質(zhì)量力（體積力）：透過物質(zhì)傳遞的力。分離體內(nèi)任取一微元體積，其質(zhì)量SV第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

SV2.表面力：外界通過接觸傳遞的力，用應力來表示。表面力的合力:第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

SV3.理想（靜止）流體中一點處的應力(Pascal’slaw)

理想（靜止）流體中沒有切應力，只承受壓力，不能承受拉力表面力只有法向壓應力p第二部分流體力學1流體的物理性質(zhì)作用在流體上的力：

3.理想（靜止）流體中一點處的應力(Pascal’slaw)可以證明：理想流體中一點的應力D

帕斯卡定律：壓力是唯一的表面力，指向作用面的內(nèi)法線方向；壓力只是位置和時間的函數(shù)，與作用面的方位無關(guān)。

第二部分流體力學2伯努力方程1.描述流體的運動速度、重力和壓力三者之間關(guān)系的方程。2.伯努力方程的推導一維、定常、無粘微分形式的流體動量方程：

壓力項重力項動量變化項沿流線積分伯努利方程沿流線、定常、無粘、不可壓第二部分流體力學NotesonBernoulli’sEquation：Condition:ideal,steady,pressible,gravityfield,alongastreamline.PhysicalInterpretation:（alongastreamline）Thevelocityterm:velocityhead(kineticenergyperunitweight)Thepressureterm:pressurehead(pressureenergyperunitweight)Theelevationtermz:elevationhead(potentialenergyperunitweight)第二部分流體力學2伯努力方程3.伯努力方程的物理意義Bernoulli(1700~1782)重力產(chǎn)生的壓力速度轉(zhuǎn)化的壓力力的角度第二部分流體力學2伯努力方程3.伯努力方程的物理意義能量的角度單位體積的動能單位體積的重力勢能單位體積的壓力勢能伯努利方程是機械能守恒方程第二部分流體力學2伯努力方程4.伯努力方程的討論（1）重力場中不可壓縮流動的Bernoulliequation（單位質(zhì)量流體）（單位重量流體）（單位體積流體）第二部分流體力學2伯努力方程4.伯努力方程的討論（2）重力場中可壓縮粘性流體的Bernoulliequation——單位重量流體從1到2點損失的機械能。

第二部分流體力學2伯努力方程4.伯努力方程的討論泵的功率：（3）有流體機械時的Bernoulliequation——單位重量流體能量輸入（出），揚程。

TurbinePump第二部分流體力學2伯努力方程5.伯努力方程的應用（1）范丘里流量計（2）水流抽氣器、噴霧器第二部分流體力學第二部分流體力學3層流和湍流(紊流)

英國物理學家雷諾根據(jù)試驗總結(jié)出：管內(nèi)的液體流動存在兩種流動狀態(tài)：層流和紊流。層流：液體質(zhì)點沒有橫向運動，互不干擾作定向而不混雜地有層次的流動。紊流：求當液體的流速大于某一數(shù)值之后，液體除交錯而又混亂地沿某一方向運動外，還有一個橫向的脈動速度，紊流也稱湍流。

層流和紊流的判定標準是雷諾數(shù)。第二部分流體力學3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學

雷諾數(shù)(Re)：液體慣性力與粘性力之比，是一個無量綱數(shù)。

水力直徑（DH）的計算：圓形截面管：

非圓形截面管：3層流和湍流(紊流)濕周濕周3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學第二部分流體力學3層流和湍流(紊流)

雷諾判據(jù)及臨界雷諾數(shù)（Rer）：當雷諾數(shù)Re<Rer時，液體層流運動當雷諾數(shù)Re>Rer時，液體紊流運動光滑金屬管中：

Re<2000～2300

時，液體層流運動

Re>2000～2300

時，液體紊流運動圓管層流的沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)成反比。達西公式★

管內(nèi)流動沿程阻力損失1）層流2）紊流3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

管內(nèi)流動沿程阻力損失2）紊流3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學★

局部阻力損失3層流和湍流(紊流)第二部分流體力學1)沿程阻力2)局部阻力A)由進口接管至進口水室，通道截面突然擴大的局部阻力；B)在進口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力；

C)由進口水室至傳熱管束，通道截面突然縮小的局部阻力；D)在U型管彎頭內(nèi)轉(zhuǎn)彎180的局部阻力；E)由傳熱管束至出口水室，通道截面突然擴大的局部阻力；F)在出口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力；G)由出口水室至出口接管，通道截面突然縮小的局部阻力?！?/p>

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)流動阻力損失第二部分流體力學第三部分傳熱學1)2)3)4)1導熱2對流換熱3輻射換熱4傳熱過程第三部分傳熱學熱傳導熱對流熱輻射熱量傳遞的基本方式第三部分傳熱學1)2)3)4)1導熱2對流換熱3輻射換熱4傳熱過程1熱傳導（導熱）

物體溫度不同的各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現(xiàn)象。注意：a必須有溫差；

b物體直接接觸；

c可以在固體、液體、氣體中發(fā)生。★定義：第三部分傳熱學★導熱的基本定律——Fourier定律導熱系數(shù)（熱導率）[W/(mK)]表征物質(zhì)導熱能力大小，由實驗測定。影響因素：物質(zhì)種類、材料成分、溫度、濕度、壓力、密度等★導熱系數(shù)第三部分傳熱學一些材料在280K時的導熱系數(shù)

材料名稱銀銅軟鋼不銹鋼木料石棉水空氣415.0380.045.019.00.170.170.600.0261）

電的良導體也是熱的良導體；2）

純金屬的導熱系數(shù)大于其合金；3）

蒸汽的導熱系數(shù)<<同溫度液態(tài)水<<金屬；4）

空氣是良好的絕熱體。第三部分傳熱學一維穩(wěn)態(tài)導熱1)單層平壁2)n層平壁3)單層圓筒壁4)

n層圓筒壁第三部分傳熱學★

對流換熱定義:流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):W/(m2K)?！飳α鲹Q熱的牛頓冷卻公式對流換熱的核心是如何確定h及增強或削弱換熱★研究對流換熱的方法：

（1）分析法;（2）實驗法;（3）比擬法;（4）數(shù)值法熱流量W熱流密度W/m22對流換熱第三部分傳熱學★流動邊界層和熱邊界層

粘性流體流過物體表面時，會形成速度梯度很大的流動邊界層；當壁面與流體間有溫差時，也會產(chǎn)生溫度梯度很大的溫度邊界層（或稱熱邊界層）?！?/p>

邊界層在壁面上形成和發(fā)展過程由層流邊界層過渡到湍流邊界層，但湍流邊界層緊靠壁面處，粘滯力占絕對優(yōu)勢，粘附于壁的一極薄層仍然保持層流特征，具有最大的速度梯度——層流底層。2對流換熱第三部分傳熱學2)流動狀態(tài)層流：整個流場呈一簇互相平行的流線湍流：流體質(zhì)點做復雜無規(guī)則的運動★

對流換熱的影響因素1)流動起因自然對流：因流體各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生強制對流：由外力（如：泵、風機、水壓頭）作用所產(chǎn)生

3)流體有無相變單相換熱：相變換熱：凝結(jié)、沸騰、升華、凝固等2對流換熱第三部分傳熱學4)換熱表面的幾何因素和物理性質(zhì)：內(nèi)部流動：管內(nèi)或槽內(nèi)外部流動：外掠平板、圓管、管束2對流換熱★對流換熱的影響因素第三部分傳熱學橫管與豎管對流換熱系數(shù)之比：l/d=50，凝結(jié)換熱:2對流換熱4)換熱表面的幾何因素和物理性質(zhì)：★對流換熱的影響因素第三部分傳熱學進口效應:彎管效應:非圓截面等2對流換熱4)