热工基础与设备第1章-气体力学课件.ppt

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1、2021/8/91第一章气体力学流体的基本性质和力学模型流体静力学和流体动力学两流体伯努利方程气体力学在窑炉系统中的应用2021/8/92惯性和重力特性密度(Kg/m³)比容(m³/Kg)重度(N/m³)单一气体的标态密度混合气体的标态密度（Kg/Nm3）流体的基本性质和力学模型§1.1流体的物理属性连续性与密度由流体质点或微团组成的连续介质2021/8/93**可压缩流体与不可压缩流体流体的基本性质和力学模型气体和液体的压缩性和膨胀性压缩性P—V膨胀性T—V压缩性和膨胀性：温度、压力与密度的关系2021/8/94R=8314.3（J/Kmol·K)---气体

2、常数（J/Kg.K)流体的基本性质和力学模型理想气体状态方程：2021/8/95＊恒温条件下：（压缩性）理想气体状态方程p1/p2=ν2/ν1=ρ1/ρ2＊恒压条件下：（膨胀性）T=常数pν=常数，p/ρ=常数p=常数V/T=常数，ρT=常数Vt/V0=Tt/T0，νt/ν0=Tt/T0，ρt/ρo=To/Tt2021/8/96（工业窑炉气体：高温、常压）标态与非标态的换算：则如流体的基本性质和力学模型2021/8/97解答：例题1：将1000m3，0℃空气送入加热器中加热，标况下空气密度为1.293kg/m3，求加热至250℃时气体的体积和密度。Vt=V0T

3、t/T0=1000×523/273=1916m3ρt=ρ0T0/Tt=1.293×273/523=0.67kg/m3由此可知，空气经过加热后体积明显增加，密度明显下降，因此在窑炉的热工计算中，不能忽略气体体积和气体密度随温度的变化。2021/8/98在已往的液体计算中，极少考虑大气的浮力，而在窑炉中所存在的热气体进行计算时，务必要考虑气体所受的浮力。例如：在20ºC大气中对于1m3密度为0.5kg/m3的热气体自重仅为，浮力则为，故不能忽略。4.9N11.8N2021/8/99流体的粘滞性及内摩擦定律（牛顿定律）阻力耗能分析：阻力耗能**温度对流体粘度

4、的影响理想流体和实际流体流体的基本性质和力学模型2021/8/910粘性流体所产生的内摩擦力由牛顿粘性定律确定:τ=μdω/dy（N/m2）式中dω/dy：速度梯度，1/s；τ：剪切(应)力，N/m2；μ：粘度，也称动力粘度系数，N·s/m2即Pa·s。在流体力学计算中，也经常用运动粘度系数表示:υ=μ/ρ,单位：m2/s2021/8/911气体粘度与温度t之间的关系表示为：μt=μ0[(273+C)/(T+C)](T/273)3/2Pa·s式中μt：在t℃时气体的粘度，Pa·s；μ0：在0℃时气体的粘度，Pa·s；T：气体的温度，K；C：与气体性质有关的常数

5、。几种气体的μ0和C值见表1.1。流体粘度与温度关系2021/8/912表1.1各种气体的μ0和C值2021/8/913温度（℃，K）压力（Pa，N/m2)相对压强Ps绝对压强P零压正压负压§1.2流体流动特征量2021/8/914流速与流量∴，标准状态流体的基本性质和力学模型2021/8/915流体的基本性质和力学模型如，稳定流动流动特征量与时间无关理想流体连续性刚体连续函数§1.3流体的力学模型不可压缩性常数2021/8/916第二节气体力学基本定律—流体静力学和动力学基本方程§1.2.1流体静力学流体静压强的特性(1)流体具有各个方向上的静压强

6、。(2)流体静压强处处垂直于固体壁面，凡作用于静止流体的外力必然垂直指向流体表面，即内法线方向。(3)流体内部任一点的静压强大小与其作用面的方向无关。也就是说某一点的静压强在各个方向上大小相同。(4)液体的静压强仅与其高度或深度有关，而与容器的形状及放置方式无关。气体的静压强沿高度变化小，密闭容器可以认为静压强处处相等.2021/8/917p+ρgz=常数1、流体静力学基本方程2021/8/918Z2hxyzZ1AP2w简单推导：AP2-AP1-hAg=0由于h=Z1-Z2，代入上式，消去A并移项，得出：P1+ρgZ1=P2+ρgZ2——流体静力学基本方程上

7、式表明：静止流体内任意二个截面上的静压能与位能之和相等。或者说两者之各为常数。方程式的物理意义单位体积的流体具有的位能和静压能之和为常数。基准面取在下方，高度向上为正2021/8/919基准面零压面等压面2讨论H1=H2P1=P2--水平面为等压面P1P2压力传递（帕斯卡定律）H1>H2P1下部位能下部压能>上部压能--能量可以相互转换流体静力学基本方程--液面是压强的关系面--液面高度可以计算压强2021/8/920例题：如图所示的窑炉，内部充满热烟气，温度为1000℃，烟气标态密度ρf,0为1.30kg/m3，窑外空气温度20℃，空气

8、标态密度ρa,0为1.293kg/m3