化工原理復(fù)習(xí)小結(jié)化工原理復(fù)習(xí)小結(jié)PAGEPAGE121流體流動(dòng)本概念與基本原理一、流體靜力學(xué)基本方程式

p p2

g(z1

z)2或 pp gh0注意：1、應(yīng)用條件：靜止的連通著的同一種連續(xù)的流體。2、壓強(qiáng)的表示方法絕壓—大氣=表壓 表壓常由壓強(qiáng)表來(lái)測(cè)量；大氣壓—絕壓=真空度真空度常由真空表來(lái)測(cè)量。3、壓強(qiáng)單位的換算：1atm=760mmHg=10。33mHO=101.33kPa=1。033kgf/cm2=1.033at24、應(yīng)用:水平管路上兩點(diǎn)間壓強(qiáng)差與UR的關(guān)系：p p1 2

(A

)gR處于同一水平面的液體,維持等壓面的條件必須時(shí)靜止、連續(xù)和同一種液體。二、定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的連續(xù)性方程式––––物料衡算式 常, wuAuA

常數(shù)A s 11 1 2 2 2 ,A

V uAs 1

uA2

uA常數(shù) 常, 圓形管中流動(dòng)u/u A/Ad2/d2A 1 2 2 1 2 12三、定態(tài)流動(dòng)的柏努利方程式––––能量衡算式2p1kg流體:gZ p

u2WegZ

u2h

[J/kg］1p21 21p2

2 2 f討論點(diǎn)：1、流體的流動(dòng)滿足連續(xù)性假設(shè)。2gZ p u2gZ p u21 1 2 21 2 2 22、理想流體，無(wú)外功輸入時(shí)，機(jī)械能守恒式：3、可壓縮流體，當(dāng)<20。1 m4、注意運(yùn)用柏努利方程式解題時(shí)的一般步驟，截面與基準(zhǔn)面選取的原則。5ρ的計(jì)算：理想氣體混合氣體 x x xm 1v1 2 v2 n vn混合液體1m

w1xmx

w2 wnxx2 nxxxvi

––––體積分率；xwi

––––質(zhì)量分率。6f

為流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失。W為流體在兩截面間所獲得的有效功，是決定流體輸送設(shè)備重要參數(shù)。輸送設(shè)備有效功率N=W·wee

e e s7、1N流體 He

Zpu2Hg 2g f

［m］ （壓頭)1m3流體 We

zgp

u2h2

而pa

,f四、柏努利式中的∑hf流動(dòng)類型:1及流型層流：Re≤2000，湍流：Re≥4000；2000<Re4000為不穩(wěn)定過(guò)渡區(qū)。2、牛頓粘性定律3、流型的比較：①質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式；②速度分布，層流:拋物線型,平均速度為最大速度的0.5倍；湍流：碰撞和混和使速度平均化。③阻力，層流：粘度內(nèi)摩擦力，湍流：粘度內(nèi)摩擦力+湍流應(yīng)力.流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力損失h hf f

h'f

[J/kg］1、直管阻力損失hf

h f

lu2pd 2

范寧公式（層流、湍流均適用）.層流：f(Re) 即64Re

或h 32lu 哈根-泊稷葉公.f d2湍流區(qū)（非阻力平方區(qū)：f(Re,

；高度湍流區(qū)（阻力平方區(qū)

( ，具體的定性關(guān)系參見(jiàn)摩擦因數(shù)圖，并定量分析hf

d du之間的關(guān)系。4流通截面積推廣到非圓型管dde

4r H 潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)注：不能用de

來(lái)計(jì)算截面積、流速等物理量。u22、局部阻力損失h′f

①阻力系數(shù)法，h' f 2l u2

1.0 e

0.5h'f

ed 2注意：截面取管出口內(nèi)外側(cè)，對(duì)動(dòng)能項(xiàng)及出口阻力損失項(xiàng)的計(jì)算有所不同。hf

((lle))u2d 2流體在變徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)，在管徑縮小的地方其靜壓能減小。流體在等徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)流體由于流動(dòng)而有摩擦阻力損失，流體的流速沿管長(zhǎng)不變.流體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力損失hf

所損失的是機(jī)械能中的靜壓能項(xiàng).完全湍流（阻力平方區(qū)）時(shí)，粗糙管的摩擦系數(shù)數(shù)值只取決于相對(duì)粗糙度。水由敞口恒液位的高位槽通過(guò)一管道流向壓力恒定的反應(yīng)器，當(dāng)管道上的閥門開(kāi)度減小時(shí)，水流量將減小，摩擦系數(shù)增大，管道總阻力不變。五、管路計(jì)算并聯(lián)管路：1、VVV V1 2 32、h h h h 各支路阻力損失相.f f1 f2 f3即并聯(lián)管路的特點(diǎn)是：(1）并聯(lián)管段的壓強(qiáng)降相等；主管流量等于并聯(lián)的各管段流量之和；并聯(lián)各管段中管子長(zhǎng)、直徑小的管段通過(guò)的流量小。分支管路：1、VVV V1 2 32、分支點(diǎn)處至各支管終了時(shí)的總機(jī)械能和能量損失之和相等。六、柏式在流量測(cè)量中的運(yùn)用1、畢托管用來(lái)測(cè)量管道中流體的點(diǎn)速度。2、孔板流量計(jì)為定截面變壓差流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量管道中流體的流量.隨著Re增大其孔流系數(shù)C0先減小，后保持為定值.3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)為定壓差變截面流量計(jì)。注意:轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校正。測(cè)流體流量時(shí)，隨流量增加孔板流量計(jì)兩側(cè)壓差值將增加，若改用轉(zhuǎn)子流量計(jì),隨流量增加轉(zhuǎn)子兩側(cè)壓差值將不變。離心泵–––––基本概念與基本原理一、工作原理基本部件：葉輪6~12片后彎葉片；泵殼（;軸封裝置（面密封。原理：借助高速旋轉(zhuǎn)的葉輪不斷吸入、排出液體.注意：離心泵無(wú)自吸能力,因此在啟動(dòng)前必須先灌泵，且吸入管路必須有底閥，否則將發(fā)生“氣縛”現(xiàn)象.u某離心泵運(yùn)行一年后如發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，則應(yīng)檢查進(jìn)口管路是否有泄漏現(xiàn)象.u二、性能參數(shù)及特性曲線1、壓頭H，又稱揚(yáng)程 HZ

pHg f2、有效功率Ne

Wwe

HgQ

軸功率N

HgQ3、離心泵的特性曲線通常包括HQNQ,Q曲線，這些曲線表示在一定轉(zhuǎn)速下輸送某種特定的液NQQ0N

,所以啟動(dòng)泵和停泵都應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥。min離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn),泵啟動(dòng)后出水管不出水，而泵進(jìn)口處真空表指示真空度很高，可能出現(xiàn)的故障原因是吸入管路堵塞。若被輸送的流體粘度增高，則離心泵的壓頭減小，流量減小,效率減小，軸功率增大.三、離心泵的工作點(diǎn)1、泵在管路中的工作點(diǎn)為離心泵特性曲線（HQ）與管路特性曲線（He

Q）的交點(diǎn)。管路特性曲e線為：He

KBQ2。e2HQHe改變泵的轉(zhuǎn)速，葉輪的直徑及泵的串、并聯(lián)操作。

Qe離心泵的流量調(diào)節(jié)閥安裝在離心泵的出口管路上，開(kāi)大該閥門后,真空表讀數(shù)增大，壓力表讀數(shù)減小，泵的揚(yáng)程將減小,軸功率將增大。兩臺(tái)同樣的離心泵并聯(lián)壓頭不變而流量加倍，串聯(lián)則流量不變壓頭加倍。四、離心泵的安裝高度Hg為避免氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵的安裝高度≤H ，注意氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。g

2H' 1H

H'為操作條件下的允許吸上真空度，mg s 2g f01 sH 。f01Hg

p p v(NPSH)r

Hf01

(NPSH)r

允許氣蝕余量，mp液面上方壓強(qiáng),Pa； pa

操作溫度下的液體飽和蒸汽壓,Pa.離心泵的安裝高度超過(guò)允許安裝高度時(shí)會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。傳熱–––基本概念和基本理論發(fā)生熱從高溫處傳遞到低溫處。、熱對(duì)流（各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞;熱對(duì)流是流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程(包括由流體中各處的溫度不同引起的自然對(duì)流和由外力所致的質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)制對(duì)流)，流體流過(guò)固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過(guò)程稱為對(duì)流傳熱(給熱);熱輻射是因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。任何物體只要在絕對(duì)零度以上，都能發(fā)射輻射能，只是在高溫時(shí)，熱輻射才能成為主要的傳熱方式.傳熱可依靠其中的一種方式或幾種方式同時(shí)進(jìn)行.傳熱速率Q(W；熱通量q是指每單位面積的傳熱速率W/2。熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱基本方程––––傅立葉定律

dQdStnλ––––導(dǎo)熱系數(shù)，表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小,是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，單位為W/(m·℃）.純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度升高而降低，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大.式中負(fù)號(hào)表示熱流方向總是和溫度剃度的方向相反。2．平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)單層平壁:ttt1Sb2tR多層（n層）平壁：

ttQ 1

n1tiSi1 i

nRi1公式表明導(dǎo)熱速率與導(dǎo)熱推動(dòng)力（溫度差）成正比，與導(dǎo)熱熱阻（R）成反比。但導(dǎo)熱速率相同。單層圓筒壁：bSt bSt t1 2R

或 tQ tr

t)2m當(dāng)S/S 2時(shí)，用對(duì)數(shù)平均值，即：2 1

ln2r1SSS 2 1m Sln 2S1當(dāng)S/S 2時(shí)，用算術(shù)平均值，即：S=（S+S）/22 1 m 1 2多層（n層)圓筒壁： t )tt

Q 1

n1Q 1 n1 1 rin b iS

i1ri1

imi i i一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當(dāng)石棉泥受潮后,其保溫效果應(yīng)降低,主要原因是因水的導(dǎo)熱系數(shù)大于保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，受潮后，使保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫效果降低。在包有兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上失，降低壁面溫度。二、對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱基本方程––––牛頓冷卻定律QStα––––對(duì)流傳熱系數(shù)，單位為：W/（m2·℃）,在換熱器中與傳熱面積和溫度差相對(duì)應(yīng).與對(duì)流傳熱有關(guān)的無(wú)因次數(shù)群（或準(zhǔn)數(shù)）表1準(zhǔn)數(shù)的符號(hào)和意義準(zhǔn)數(shù)名稱 符 號(hào) 意 義αL努塞爾特準(zhǔn)數(shù)

λLuρ

含有特定的傳熱膜系數(shù)α，表示對(duì)流傳熱的強(qiáng)度雷諾準(zhǔn)數(shù) Re= 反映流體的流動(dòng)狀態(tài)μCpμ普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr= 反映流體物性對(duì)傳熱的影響λ格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù) 反映因密度差而引起自然對(duì)流狀態(tài)Gr=μ流體在圓形直管中作強(qiáng)制湍流流動(dòng)時(shí)的傳熱膜系數(shù)對(duì)氣體或低粘度的液體Nu0.023Re0.8Prn du c0.023 (d i

)0.8(p )n流體被加熱時(shí)，n=0.4；液體被冷卻時(shí)，n=0。3。定型幾何尺寸為管子內(nèi)徑d。i定性溫度取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值.Re。60。對(duì)流過(guò)程是流體和壁面之間的傳熱過(guò)程，定性溫度是指確定準(zhǔn)數(shù)中各物性參數(shù)的溫度。在泡狀沸騰區(qū)操作。湍動(dòng)程度。引起自然對(duì)流傳熱的原因是系統(tǒng)內(nèi)部的溫度差，使各部分流體密度不同而引起上升、下降的流動(dòng)。用無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)方程形式表示下列各種傳熱情況下諸有關(guān)參數(shù)的關(guān)系:無(wú)相變對(duì)流傳熱自然對(duì)流傳熱 強(qiáng)制對(duì)流傳熱 在兩流體的間壁換熱過(guò)程中，計(jì)算式式中Δt表示為兩流體溫度差的平均值；SK相對(duì)應(yīng)。在兩流體的間壁換熱過(guò)程中，計(jì)算式

式中-t或T-T；S表示為一側(cè)的傳熱壁面。w m m woSoS水在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，若使流速提高至原來(lái)的2倍，則其對(duì)流傳熱系數(shù)約為原來(lái)的20。8倍。若管徑改oSoS為原來(lái)的1/2而流量相同，則其對(duì)流傳熱系數(shù)約為原來(lái)的40。8×20。2倍。(設(shè)條件改變后，仍在湍流范圍）三、間壁兩側(cè)流體的熱交換間壁兩側(cè)流體熱交換的傳熱速率方程式

Q=KSΔtmKm

為兩流體的平均溫度差，對(duì)兩流體作并流或逆流時(shí)的換熱器而言，

t

tt1 2m ln(t1

/t)2Δt/Δt〈2ΔtΔt=(Δt+Δt)/21 2 m m 1 2基于管外表面積So四、換熱器

的總傳熱系數(shù)Ko1 Ko

1R o

bS RS m

oS Si ii間壁式換熱器有夾套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。提高間壁式換熱器傳的方法有三種,即在殼體上加膨脹節(jié)，采用浮頭式結(jié)構(gòu)或采用U型管式結(jié)構(gòu)。翅片式換熱器安裝翅片的目的是增加傳熱面積;增強(qiáng)流體的湍動(dòng)程度以提高α。為提高冷凝器的冷凝效果，操作時(shí)要及時(shí)排除不凝氣和冷凝水.間壁換熱器管壁溫度tw

α大的一側(cè)的流體溫度；總傳熱系數(shù)K的數(shù)值接近熱阻大的一側(cè)的α值。如在傳熱實(shí)驗(yàn)中用飽和水蒸氣加熱空氣，總傳熱系數(shù)接近于空氣側(cè)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，而壁溫接近于水蒸氣側(cè)的溫度。WC（T—T（t—t

等式成立的條件是穩(wěn)定傳熱、無(wú)熱損失、無(wú)相變化.hph 1 2 pc 2 1 mα管子。蒸餾––––基本概念和基本原理利用各組分揮發(fā)度不同將液體混合物部分汽化而使混合物得到分離的單元操作稱為蒸餾。這種分離操作是通過(guò)液相和氣相之間的質(zhì)量傳遞過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（如加熱和冷卻）使混合物系內(nèi)部產(chǎn)生出第二個(gè)物相（氣相（吸收劑的辦法形成兩相系統(tǒng)。一、兩組分溶液的氣液平衡拉烏爾定律理想溶液的氣液平衡關(guān)系遵循拉烏爾定律：p=p0x p=p0x=p0（1-x）ppxAxBBppBAA A A B B B B AppxAxBBppBA根據(jù)道爾頓分壓定:p=Py 而+pA A A B則兩組分理想物系的氣液相平衡關(guān)系：xPp0A p0

--—泡點(diǎn)方程Ap0xy AA P

B——-露點(diǎn)方程對(duì)于任一理想溶液，利用一定溫度下純組分飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)可求得平衡的氣液相組成；反之，已知一相組成，可求得與之平衡的另一相組成和溫度（試差法。用相對(duì)揮發(fā)度表示氣液平衡關(guān)系溶液中各組分的揮發(fā)度 v可用它在蒸汽中的分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率來(lái)表示，即 AA xA

= BB xB溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度對(duì)難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比為相對(duì)揮發(fā)度。其表達(dá)式有：AB A

yAxyxB BA對(duì)于理想溶液:p0p0B氣液平衡方程:y x1(1)xα值的大小可用來(lái)判斷蒸餾分離的難易程度。α愈大,揮發(fā)度差異愈大，分離愈易;α=1時(shí)不能用普通精餾方法分離。氣液平衡相圖（1）溫度—組成（t—x-y）圖該圖由飽和蒸汽線(露點(diǎn)線)、飽和液體線（泡點(diǎn)線）組成，飽和液體線以下區(qū)域?yàn)橐合鄥^(qū)，飽和蒸汽線上方區(qū)域?yàn)檫^(guò)熱蒸汽區(qū)，兩曲線之間區(qū)域?yàn)闅庖汗泊鎱^(qū)。點(diǎn)溫度大于液相泡點(diǎn)溫度。(2)x-y圖xy二、精餾原理的差異,實(shí)現(xiàn)精餾操作的必要條件包括塔頂液相回流和塔底產(chǎn)生上升蒸汽。精餾塔中各級(jí)易揮發(fā)組分濃度由當(dāng)塔板中離開(kāi)的氣相與液相之間達(dá)到相平衡時(shí),該塔板稱為理論板。的液相回流。三、兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算全塔物料衡算總物料衡算：FDW易揮發(fā)組分：FxDx WxF D W塔頂易揮發(fā)組分回收: DxDD Fx塔底難揮發(fā)組分回收率：

FW(1x) WW精餾段物料衡算和操作線方程總物料衡算:VLD

F(1x)F易揮發(fā)組分：Vy

n+1

LxnnRn

DxDx操作線方程：

n+1

R1x

DR1其中：R=L/D-—回流比上式表示在一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層板下降的液相組成xn

與其相鄰的下一層板（第n+1層板）上升蒸汽相組成yn+1

之間的關(guān)系。在坐標(biāo)上為直線,斜率為x。D總物料衡算：LVW易揮發(fā)組分：LxVWxm m+1 WW操作線方程：y LxWxm+1 V m V W上式表示在一定操作條件下，提餾段內(nèi)自任意第m層板下降的液相組成x′m

與其相鄰的下一層板（第m+1層板)上升蒸汽相組成′除與L有關(guān)外，還受進(jìn)料量和進(jìn)料熱狀況的影響。四、進(jìn)料熱狀況參數(shù)（3)溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)的氣液混合物（）5）溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸汽。qIV