机电工程技术——了解流体流动阻力的影响因素.doc

2准平衡过程：过程的实现是平衡状态被打破的结果，但每一中间状态，既离开平衡状态，又无限接近于平衡状态，这样的过程称为准平衡过程。3可逆过程：热力系统完成某一准平衡过程之后，若能够沿原变化返回其初始平衡状态，且对系统和外界均不留下任何影响，则称该过程为可逆过程。反之则为不可逆过程。实际中的热力过程都是不可逆过程，因为过程中存在着各种各样的能量损失，系统与外界不可能不留下变化而返回到初始状态。4热力循环：如果系统经历若干个不重复的过程，最终又回到初始状态，所形成的封闭的热力过程叫做热力循环。热力过程中，系统通过边界与外界传递的能量即热量与功。热量与功是过程量，是用来衡量热力系统与外界进行能量传递的尺度。四、热力学第一定律；热力学第一定律可以表述为“来源：建设工程教育网热可以变为功，功也可以变为热。一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时，也必出现相应数量的热”。其基本表达形式为进入系统的能量一离开系统的能量一系统储存能量的增加来源：建设工程教育网在实际的热力设备中进行能量转换，工质要在热力装置中循环不断地流经相互衔接的热力设备，完成不同的热力过程，才能实现热与功的转换，分析各种热力设备时，常把它们看作开口系统（如锅炉、汽轮机），并且认为工质在流经热力设备时，流人和流出系统的质量流量不随时间变化，系统任何一点的参数和流速不随来源：建设工程教育网时间变化，系统内的储存能不随时间变化，单位时间内加入系统的热量和系统对外所做的功也不随时间改变。这样的流动过程称为稳定流动。很多实际的流动过程都可以作为稳定流动过程处理。这样热力学第一定律在开口系统可以简化为进入系统的能量一离开系统的能量五、热力学第二定律热力学第二定律的表述方法有以下几种：（1）热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。（2）凡是有温度差的地方都能产生动力。（3）不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机。卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，是实际动力循环中效率最高的理想循环，其循环的热效率表达式为由上式来源：建设工程教育网得出一些重要结论如下：（1）循环热效率研决定于高温热源与低温热源的温度Tl和T2，提高工质吸热温度并且尽可能降低工质排向冷源（大气环境）的温度，可提高循环热效率。（2）循环热效率永远小于100，因为Tl一00和Tz0都是无法实现的，这正是热力学第二定律所揭示的规律。（3）当Tl=T2时，循环热效率为零。这就是说，在没有温差存在的体系中，热能不可能转变为机械功，要利用热能来产生动力，就一定要有温度高于环境的高温热源。（4）在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆循环，均具有相同的热效率，且与工质的性质无关。来源：建设工程教育网（5）在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆循环，其热效率必低于在两个同样恒温热源间工作的可逆循环。实际循环都是不可逆循环，其热效率必低于同温限的卡诺循环。1H411024了解流体流动阻力的影响因素一、流体流动阻力产生的原因来源：建设工程教育网流体流动阻力的产生，原因是多方面的。其内在原因均为流体具有黏性而造成的内摩擦，外在原因是流道界面的限制，使流体与流道壁面接触，发生流体质点与壁面间的摩擦和撞击，消耗能量，形成阻力。来源：建设工程教育网由此可见，流体流动阻力大小与流体黏度、来源：建设工程教育网流道结构形状、流道壁面粗糙程度、流速等因素有关。二、管内液体流动类型1流动型态将微量有色液体导入水流中，使有色液体随水流一起流动。当水流速度很小时，有色液体沿管轴线作直线运动，呈细直线状，与相邻的流体质点无宏观上的混合，这种流动型态称来源：建设工程教育网为层流或滞流；随着水的流速增大，有色液体流动的细线开始抖动、弯曲，呈现波浪形；当流速再增大时，波形起伏加剧，出现强烈的骚扰滑动，全管内水的颜色均匀一致，这种流动型态称为湍流或紊流。2雷诺数科学家雷诺采用不同的流体、不同的管径和不同管内壁粗糙度的管子多次进行实验，所得结果表明：流体的流动型态除了与流速口有关外，还与管径d、密度lD、黏度p这三个因素有关。雷诺将这四个因素组成一个复合数群，以符号Re表示：实验结果表明，对于流体在圆管内流动，当Re 4000时，流动型态为湍流；当Re=2000400来源：建设工程教育网 0时，称为过渡流。三、圆管内流动损失的计算管路系统主要由两部分组成，一部分是直管；另一部分是管件（如弯头、三通）、阀门等。将流体流经直管的能量损失称为沿程阻力（或直管阻力）；流体流经管件、阀门等局部地方的能量损失称为局部阻力。来源：建设工程教育网（一）沿程阻力（直管阻力）损失hr的计算来源：建设工程教育网流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦力的作用而产生的阻力。其大小按下式计算：式中h1沿程阻力损失（m）；摩擦系数，与雷诺数RP和管壁粗糙度e有关，可通过实验测定，也可以通过计算得出。当流态处于层流时，l直管段长度（m）；d管内径（m）；v流体在管内流速（m/s）（二）局部阻力损失危：的计算局部阻力是指流体通过管路中的管件（如三通、弯头、大小头等）、阀门、管子出入口及流量计等局部障碍处而发生的阻力。1阻力系数法式中局部阻力系数，由实验测定，或查阅有关图表。2当量长度法将流体的局部阻力折合成相当于流体流经同直径管长为2.的直管时所产生的阻力，局部阻力损失可表示为式中le管件的当量长度，其值由实验测定，或查阅有关图表。3管路的总阻力损失管路的总阻力损失为流体流经直管的阻力损失与各局部阻力损失之和。来源：建设工程教育网hf=hf+hf；（1H411024-6）四、经济管径的确定当流体流量Q一定时，管径d与v1/2成反比。若选较大流速，则管径减小，投资费用亦减少，但流体流动阻力增大，运行费用（包括能耗及每年的大修理费用）将随之增加；反之，若选较小流速，运行费用减小，但管径增大，使投资费用增加。因此，适宜流速的选择应使每年的运行费与按使用年限计算的投资回收折旧费之和为最小。工程实际中，流体在管路中常用流速范围有一定的规律。密度大或黏度大的流体，流速取小一些；对于含有固体杂质的流体，流速宜取大一些，以避免固体杂质沉积在管路中；对于真空管路，选择的流速必须保证产生的压力降P低于允许值。确定经济管径时，一般先选择适宜流速（或来源：建设工程教育网称经济流速），由估算出管径，再圆整到管子标准规格。1H411030机电工程材料的分类和性能1H411031掌握机电工程材料的分类来源：建设工程教育网工程上通常按材料的物理化学属性将材料分为：金属材料、无机非金属材料、复合材料。一、金属材料（一）黑色金属来源：建设工程教育网又称为钢铁材料，按照碳质量分数的含量不同，可以分为生铁和钢。1生铁：碳质量分数含量大于2的为生铁。2钢：碳质量分数含量小于2的为钢，依据其中是否含有合金元素可分为碳素钢与合金钢。（1）碳素钢：按含碳量的多少，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。（2）合金钢：按合金元素含量的多少，可分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。（二）有色金属铁金属以外的其他金来源：建设工程教育网属及合金统称为有色金属材料。工程上常用的有色金属包括重金属和轻金属。1重金属（1）铜及铜合金工业纯铜密度为8969/cm3，具有良好的导电性、导热性以及优良的焊接性能，纯铜强度不高，硬度较低，塑性好。在纯铜中加入合金元素制成铜合金，除了保持纯铜的优良特性外，还具有较高的强度，主要品种有黄铜、青铜、白铜。（2）锌及锌合金纯锌具有一定的强度和较好的耐蚀性。锌合金分为变形锌合金、铸造锌合金、热镀锌合金。（3）镍及镍合金纯镍是银白色的金属，强度较高，塑性好，导热性差，电阻大。镍表面在有机介质溶液中会形成钝化膜保护层而有极强的耐腐蚀性，特别是耐海水腐蚀能力突出。镍合金是在镍中加入铜、铬、钼等而形成的，耐高温，耐酸碱腐蚀。2.轻金属（1）铝及铝合金工业纯铝密度小，具有良好的导电性和导热性，塑性好，但强度、硬度低，耐磨性差，可进行各种冷、热加工。铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金。（2）镁及镁合金纯镁强度不高，室温塑性低，耐蚀性差，易氧化，可用作还原剂。镁合金可分为变形镁合金、铸造镁合金，用于飞机、宇航结构件和高气密零部件。（3）钛及钛合金纯钛的强度低，但比强度高，塑性及低温韧性好，耐腐蚀性好。随着钛的纯度降低，强度升高，塑性大大降低。在纯钛中加入合金元素对其性能进行改善和强化形成钛合金，其强度、耐热性、耐蚀性可得到很大提高。二、无机非金属材料（一）硅酸盐材料是以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料，经粉碎、配料、成型和高温烧结等工序制成的无机非金属固体材料。包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷。1水泥以适当成分的生料烧至部分熔融，获得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。2玻璃以多种无机矿物为原料，在高温下烧至熔融，再经急冷而得的一种各向同性匀质的硅酸盐材料。其化学稳定性好，质地坚硬，热膨胀系数低，但热稳定性很差，在急热、急冷情况下很容易炸裂。3陶瓷是以黏土等硅酸盐类矿物为原料，经粉末处理、成型、烧结等过程加工而成。具有坚硬、不燃、不生锈、能承受光照、压力和电作用等优良的性能。按照陶瓷材料的性能和用途不同可分为：结构陶瓷、功能陶瓷。（1）结构陶瓷：具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、高硬度的特点，是典型的耐高温材料、高硬度材料、高耐蚀材料。（2）功能陶瓷：除了具有优异力学性能外，还具有良好的电、磁、热、光等其他物理化学性能。（二）高分子材料是由相对分子质量很大的大分子组成的材料。由小分子单体经聚合反应生成大分子链而得到高分子材料，通过加工制成各种高分子材料制品。高分子材料由于本身的结构特性，表现出与其他材料所不同的特点，表现为：质轻、透明，具有柔软、高弹的特性；多数高分子材料摩擦系数小，易滑动，能吸收振动和声音能量；是电绝缘体、难导热体，热膨胀较大，耐热温度低，低温脆性；耐水，大多数能耐酸、碱、盐等；具有蠕变、应力松弛现象的黏弹特性；使用过程中会出现“老化”现象。1塑料塑料是以合成的或天然的树脂作为主要成分，添加一些辅助材料如填料、增塑剂、稳定剂、防老剂等，在一定温度、压力下加工成型。按照成型工艺不同，分为热塑性塑料、热固性塑料。（1）热塑性塑料是以热塑性树脂为主体成分，加工塑化成型后具有链状的线状分子结构，受热后又软化，可以反复塑制成型。（2）热固性塑料是以热固性树脂为主体成分，加工固化成型后具有网状的体型结构，受热后不再软化，强热下发生分解破坏，不可以反复成型。2橡胶橡胶是具有高弹性的高分子材料，它是由生胶、配合剂、增强剂组成，按材料来源不同分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶弹性最好，具有强度大、电绝缘性好、不透水的特点。3纤维具有很大长径比和一定柔韧性的纤细物质。按原材料及生产过程不同可分为人造纤维与合成纤维。（1）人造纤维是利用自然界中的木料、芦苇、棉绒等原料经过制浆提取纤维素，再经过化学处理及机械加工而成的。（2）合成纤维是利用石油、煤炭、天然气等原料生产制造的纤维制品。4涂料是一种涂覆于固体物质表面并形成连续性薄膜的液态或粉末状态的物质。涂料的主要功能：（1）保护被涂覆物体免受各种作用而发生表面的破坏；（2）装饰效果；（3）防火、防静电、防辐射。（三）胶粘剂：用来将其他材料粘接在一起的材料。通过粘附作用，使同质或异质材料连接在一起。三、复合材料1树脂基复合材料：是以合成树脂为胶粘剂，玻璃纤维作增强材料丽制成的复合材料，又称为玻璃钢。其主要特点是；非匀质材料，无明显屈服点，材料呈脆性破坏，热传导慢，隔热性能好，有良好的表面性能和施工工艺性，但刚性差，弹性模量小。2金属基复合材料：是以金属为基体，复合高强度的增强体材料制造而成。其特点是高比强度、比模量，良好的高温性能、尺寸稳定性，较低的热膨胀系数和优异的导电导热性。1H411032熟悉机电工程材料的性能一、力学性能材料的力学性能是指材料在荷载作用下表现的抵抗外力的行为，包括变形和抗力。能够反映材料变形和抗力的力学指标有：强度、刚度、弹性、塑性、硬度、韧性、疲劳性。1强度：指材料在外力作用下对永久变形与断裂的抵抗能力，断裂是变形的极限。变形可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形：材料在外力作用去除后变形能够恢复。塑性变形：材料在外力作用去除后变形不能够恢复的残余变形。反映金属材料变形性能的指标是伸长率：式中伸长率（）；l2试件受力前的标距长度（一般取10d或5d）；l1试件断裂后的标距长度。依