化工原理復習

羅建洪博士復習1流體的

物理性質(zhì)

連續(xù)介質(zhì)假定混合液體的密度流體的密度（kg/m3)混合氣體的密度混合氣體的平均摩爾質(zhì)量

流體的粘度（Pa.s)牛頓粘性定律(1.1.9)粘度——衡量粘性大小的物理量粘度的物理意義：當du/dy=1時，μ=τ

說明在相同的流動條件下，流體的黏度越大，內(nèi)摩擦力也就越大，需要克服的阻力越大。粘度的單位SI制：習慣使用單位：1P=1dyne.s/cm2=0.1Ns/m2=100cP壓力對黏度的影響可忽略不計；溫度對黏度的影響很大液體：溫度↑，m↓；氣體：溫度↑,m↑

。混合物的粘度混合液體粘度計算（不締合混合液）混合氣體粘度計算式中：mm——混合物的粘度，Pa.s

y、x——氣體、液體的摩爾分率；

M——氣體的分子量（物質(zhì)的量）,kg/kmol流體

受力

場力——隔距離作用，施加在每個質(zhì)點上的力。N

表面力壓力=正應力切應力=剪應力通過直接接觸，施加在接觸表面的力。N/m2表面張力

——液體與不同流體的相鄰界面上存在的一種特殊的作用力。

N

壓力：單位1at=9.807×104N/m2=735.6mmHg=10mH2O=0.1MPa=1kgf/cm21atm=1.0133×105N/m2=760mmHg=10.33mH2O物理大氣壓工程大氣壓壓力的習慣表述：（真實壓力>大氣壓時）絕對壓力=大氣壓+表壓（真實壓力<大氣壓時）絕對壓力=大氣壓-真空度p2=p0+Hrg流體靜力學基本方程式注意：流體靜力學方程只能用于靜止的，連通的同一種流體內(nèi)部。zop0z2Hp2r穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)流動（Steadyandunsteady）

非穩(wěn)態(tài)流動——流動參數(shù)隨時間變化，如：T=f(x,y,z,t)

穩(wěn)態(tài)流動——流動參數(shù)不隨時間變化，如：T=f(x,y,z)流體流動的基本概念(p14)

流量與流速（p15)管徑

d：對于圓管注意：管徑的表示方法Φ59×4.5mm∴管內(nèi)徑

d

=59-2×4.5=50

mmΦ59Φ50外徑壁厚

穩(wěn)態(tài)體系的物料恒算對于液體：r1=r2=r

連續(xù)性方程qm=r1qV1=r2qV2qV1=A1u1=qV2=A2u2（）p42A1=0.785u12

A2=0.785u22

流型與雷諾數(shù)（p16)層流(LaminarFlow)：

流體的質(zhì)點平行于管道中心方向作有規(guī)則的運動，不產(chǎn)生宏觀混合。Re<2000過渡流：2000<Re<4000

湍流（TurbulentFlow）：

流體的質(zhì)點作不規(guī)則的紊亂運動。Re>4000

Re是無因次數(shù)，因此d,u,r,m

必須用同一單位制。:剪應力（動量擴散通量），N/m2sm:黏度（動量擴散系數(shù)）du/dy:速度梯度，動量傳遞推動力熱量擴散與傅立葉定律(1.4.13)q：熱傳導通量（熱量擴散通量），J/m2sk：熱傳導系數(shù)，W/m.KdT/dy：溫度梯度(傳熱推動力)，K/m質(zhì)量擴散與菲克定律(1.4.16)jAB：分子擴散通量（傳質(zhì)通量），kg/m2sDAB：質(zhì)量擴散系數(shù)，m2/

sd(rwA)/dy：濃度梯度(傳質(zhì)推動力)，kg/m4動量擴散與牛頓黏性定律(1.1.9)流體中的擴散現(xiàn)象與擴散定律

復習3研究內(nèi)容：1、完成一定輸送任務，選擇適宜的流速以確定輸送管徑；2、確定流體流動的能耗，以選擇輸送設備的型式、規(guī)格；3、測量流量、壓力的原理和方法；4、輸送設備的正確選型、安裝與使用。第三章

流體輸送與流體輸送機械3.0流體連續(xù)穩(wěn)定流動的機械能衡算式:(3.1.1)

廣義的伯努利方程:連續(xù)性方程柏努利方程體積平均流速流體輸送機械的有效功率

軸功率

對于可壓縮流體，當（p1-p2）/p1<10%時，可將其視為不可壓縮流體，但r=（

r1+r2

）/2

包括所選截面間全部管路阻力損失3.1.1基本方程:不可壓縮流體3.1流體輸送管路計算的基本方程（p119)

根據(jù)題意做出簡圖，并標出已知數(shù)據(jù)：確定基準面：在計算截面之下，或以低截面為基準。選擇計算截面：●截面與流體流動方向垂直；

●兩截面之間包含未知數(shù)；●計算截面上已知量最多。

利用基本方程（伯努力方程等）解決問題。

流體輸送管路計算步驟3.2管路阻力損失（p123）流體阻力損失∑hf

直管阻力流經(jīng)直管時由于流體的內(nèi)摩擦

損失hf：產(chǎn)生。

局部阻力流經(jīng)管件閥件時，流道突變產(chǎn)損失hf’

：生的。由管件的阻力特性決定。直管摩擦

阻力計算式：(2.3.56)層流湍流∑hf

=hf

+hf

’圓管內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動的速度分布層流管中心的最大流速計算式速度分布曲線平均流速與最大流速之關(guān)系湍流當4×104<Re<3.2×106平均流速與最大點速之關(guān)系輸送管路計算3.3.2簡單管路：無分支變徑管路:qm1=qm2=qm3=qm

不可壓縮流體：qV1=qV2=qV3=qV

u1d12=u2d22=u3d32

∑hf=l1(l1/d1)(u12/2)+l2(l2/d2)(u22/2)+l3(l3/d3)(u32/2)+z1(u12/2)+z2(u32/2)

計算變徑管的局部阻力時，取小管內(nèi)的流速。qm231z1z23.3.1管徑的確定：若qV

一定：u↑，則d

↓；若u↓

，則d↑

。u

的大小，反映了操作費用的多少；d

的大小，反映了造價費用的多少。

3.3.3并聯(lián)管路計算(p133)：分支后有匯合點

流量：主管中的質(zhì)量流量等于并聯(lián)各支管內(nèi)質(zhì)量流量之和。對于不可壓縮流體(2)能量：分流點A總能量EA=pA/r+uA2/2+zAg

匯合點B總能量EB=pB/r+uB2/2+zBg并聯(lián)管路各支管單位質(zhì)量流體阻力損失相等qm=qm1+qm2+qm3rqV=rqV1+rqV2+rqV3qV=qV1+qV2+qV3∴∑hf1=∑hf2=∑hf3J/kg單位質(zhì)量3.3.3分支管路計算：分支后無匯合點（p134)

（1）流量：主管中的質(zhì)量流量等于各支管內(nèi)質(zhì)量流量之和。

對不可壓縮流體即為qm=qm1+qm2=qm1+（qm3

+qm4

）rqV=rqV1+rqV2

=rqV1+（rqV3+rqV4）qV=qV1+qV2=qV1+（qV3+qV4）(2)能量：從最遠分支點算起——設計型計算

在設計中要滿足能量最大的用戶，如ED>ED

′，則以ED為準，多余的能量用閥門控制。操作型計算：管路已經(jīng)設計好，此時ED=ED

′，教材上公式（3.3.14）即為此情況。管路特性

方程HL=△z+△p/rg

+KqV2

he=△zg+△p/r

+△u2/2+∑hf

J/kg柏努力方程J/kgHL

=he/g=△z+△p/rg

+△u2/2g+∑Hf

m液柱m液柱m液柱物理意義：表述了一定管路系統(tǒng)輸送流體的流量與所需提供的機械能的關(guān)系3.5流速與流量的測定3.5.1測速管（Pitottube）——測定點速測量原理：動能轉(zhuǎn)換為靜壓能(3.5.5)標準管：c=1，非標準管：c≠1，3.5.2

孔板流量計與文丘里流量計

——測量管內(nèi)平均流速（p151)

孔板流量計C0=0.6～0.7;

文丘里流量計C0>

0.9測量原理：壓力能轉(zhuǎn)換為動能特點：管道與孔口處流道面積不變，管道與孔口處變流速，變壓差。

轉(zhuǎn)子流量計——測量流體體積流量

錐形管中流體在可以上下浮動的轉(zhuǎn)子上下截面由于壓差（p1－p2）所形成的向上推力與轉(zhuǎn)子的重力相平衡。穩(wěn)定位置與流體通過環(huán)隙的流速u0有關(guān)。原理

直接從刻度讀出體積流量。特點：環(huán)隙面積改變，環(huán)隙內(nèi)流速恒定，轉(zhuǎn)子上下截面壓差恒定。

轉(zhuǎn)子流量計的刻度換算：

轉(zhuǎn)子流量計的刻度換算：

轉(zhuǎn)子流量計上的刻度，一般使用20℃的水或者20℃、0.1MPa的空氣進行流量標定并直接按高度刻度。如被測流體與標定條件不符應進行刻度換算（設CR不變）。同一刻度位置時的換算公式為：

液體V,r——20℃下水的流量與密度；V′,r′——被測流體的流量與密度。氣體測定空氣，但溫度、壓力不同：V：T=20℃,p=0.1MPa時空氣的流量，V′：T′和p′下空氣的流量。被測氣體不是空氣，且溫度、壓力也不同：V：T=20℃,p=0.1MPa，r=1.2kg/m3時空氣的流量，V′：T′,p′,r′下被測氣體的流量。3.6.1離心泵（p157)1、離心泵的主要部件及工作原理主要

部件葉輪

泵殼

軸封所起作用及型式工作原理氣縛現(xiàn)象2、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線（p163)（1）流量

（排液能力、送液能力）

：qV

l/s,m3/h（2）揚程（壓頭）：H

m液柱——泵在實際工作條件下能提供給單位重量的流體的機械能。（3）效率h——表示能量的有效利用程度，是泵內(nèi)各種能量損耗總合的反映。（4）軸功率N

——

原動機直接傳遞給泵的功率，WNe

/h=qmhe/h

=(rqV)(Hg)/h

離心泵的性能曲線（1）H—qV

曲線：隨qV

↑，H↓（2）N—qV曲線：

qV↑，N↑。

02040608010012014004812162024283236010203040506070809004812

H[m]qV/m3/hh[%]N[kW]Hn=2900r/min離心泵IS00-80-160BN

選泵應選在高效區(qū)內(nèi)——0.92hmax的區(qū)域。（3）

h—qV曲線：

不同流量時效率不同，有一最高點

hmax——泵的最佳工作點。

泵銘牌上標注的流量、揚程、功率和效率均是最大效率時的數(shù)值，即泵的設計點時的數(shù)值。

泵廠提供的特性曲線均是以20℃清水、一定轉(zhuǎn)速下測得的，若使用條件與此不符，特性曲線應酌情考慮校正：

①

密度r

改變，H—qV

、

h—qV曲線基本不變，而N—qV

曲線則因N∝

r

而改變；

②

粘度m

改變

當運動黏度n<

20cSt(厘斯)時，泵的性能曲線基本不變；

當運動黏度n>20cSt時，H、qV

、

h需按有關(guān)的圖表進行校正。

③

轉(zhuǎn)速n

改變，且變化小于20%

時，H、qV

、N可按比例定律校正。④

葉輪直徑D

改變，且變化小于20%時，H、qV

、N可按比例定

律（切割定律）校正。⑤

若泵串、并聯(lián)組合操作，則泵組合的H—qV曲線與單臺泵不同。

設單臺泵的性能曲線為：H單

=A+KqV單2，

則兩臺泵串聯(lián)的性能曲線為：H串

=2A+2KqV串2，

兩臺泵并聯(lián)的性能曲線為：H并

=A+K（qV并/

2）2。3、離心泵的安裝高度與汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生：癥狀：噪聲大、泵體振動，流量、壓頭、效率都明顯下降。后果：葉輪受沖擊而產(chǎn)生剝落；泵軸振動強烈，甚至振斷。防止措施：把離心泵安裝在恰當?shù)母叨任恢蒙希_保泵內(nèi)壓強最低點處的靜壓超過工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓pv。安裝高度Dh:允許汽蝕余量，m液柱；

由離心泵廠家向用戶提供。

列管式間壁傳熱器傳熱面積流體流動截面積單管程列管換熱器雙管程列管換熱器雙管程列管換熱器復習7傅立葉定律

通過平壁的穩(wěn)定熱傳導通過圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導bxoQAT1T2R1R2T1T2LQb=R2-R1

導熱系數(shù)k

是物體的物理性質(zhì)，k=f(t)；物體的k

越大，導熱性能越好；物質(zhì)種類不同，k的懸殊很大。多層壁面的穩(wěn)態(tài)熱傳導穩(wěn)定的串聯(lián)傳熱過程分推動力/分阻力總推動力/總阻力k1k2k3平壁

多層圓筒壁

l熱傳導qu1Tw熱流體Th1高溫流體對流傳熱低溫流體對流傳熱冷流體

th2u2tw熱對流的基本定律——牛頓冷卻定律對流傳熱系數(shù)，W/(m2.℃)圓直管內(nèi)強制湍流。

應用范圍:Re>104;0.7<Pr<120;l/d1>60;m<2cP;

定性溫度:t=(t1+t2)/2,流體進出口溫度的算術(shù)平均值；特征尺寸:l=d1→管內(nèi)徑Re>104l/d1>60m<2cP0.7<Pr<120對流傳熱有相變無相變冷凝傳熱沸騰傳熱自然對流強制對流管外對流管內(nèi)對流圓形直管非圓管道彎管湍流過渡流滯流影響因素及強化措施注意：分清h

公式的適用范圍分清h

公式中的定性溫度、特征尺寸、流速的計算分類：

設備的熱損失應為對流傳熱量和輻射傳熱量之和熱輻射——基本概念高溫設備的熱損失傳熱任務傳熱能力傳熱負荷（任務）的計算1、冷熱流體均無相變：Q=W1Cp1(T1-T2)=W2Cp2(t2-t1)2、熱流體冷凝放熱，冷流體吸熱：Q=W1g1=W2Cp2(t2-t1)3、冷流體吸熱汽化，熱流體放熱：Q=W1Cp1(T1-T2)=W2g2

4、冷熱流體均發(fā)生相變：Q=W1g1=W2g2

間壁換熱器，忽略熱損失，Q吸=Q放=Q在間壁換熱器中以蒸汽為加熱劑時，往往只利用相變潛熱傳熱過程的計算傳熱推動力——平均溫度差的計算

逆流、并流、一側(cè)變溫：錯流和折流：ψ——溫差修正系數(shù)y由查圖或理論計算式得出；

y<1,y應該大于0.8。△t1

——換熱器進口處熱流體與冷流體的溫度差；△t２——換熱器出口處熱流體與冷流體的溫度差。

總傳熱阻力（１／ＫＡ）——

Ｋ的計算1、利用串聯(lián)熱阻計算K值熱傳導dQu1熱流體h1高溫流體對流傳熱低溫流體對流傳熱冷流體

h2u2T1T2t1t2Twt