流體流動–––基本概念與基本原理流體靜力學基本方程式或注意：1、應用條件：靜止的連通著的同一種連續(xù)的流體。2、壓強的表示方法：絕壓—大氣壓=表壓表壓常由壓強表來測量；大氣壓—絕壓=真空度真空度常由真空表來測量。3、壓強單位的換算：1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at4、應用：水平管路上兩點間壓強差與U型管壓差計讀數(shù)R的關系：二、定態(tài)流動系統(tǒng)的連續(xù)性方程式––––物料衡算式三、定態(tài)流動的柏努利方程式––––能量衡算式1kg流體：[J/kg]討論點：1、流體的流動滿足連續(xù)性假設。2、理想流體，無外功輸入時，機械能守恒式：3、可壓縮流體,當Δp/p1<20%,仍可用上式，且ρ=ρm。4、注意運用柏努利方程式解題時的一般步驟，截面與基準面選取的原則。5、流體密度ρ的計算：理想氣體ρ=PM/RT混合氣體混合液體上式中：––––體積分率；––––質(zhì)量分率。6、gz，u2/2，p/ρ三項表示流體本身具有的能量，即位能、動能和靜壓能。∑hf為流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失。We為流體在兩截面間所獲得的有效功，是決定流體輸送設備重要參數(shù)。輸送設備有效功率Ne=We·ωs，軸功率N=Ne/η（W）7、1N流體[m]（壓頭）1m3流體,柏努利式中的∑hf流動類型：1、雷諾準數(shù)Re及流型Re=duρ/μ=du/ν，μ為動力粘度，單位為[Pa·S]；ν=μ/ρ為運動粘度，單位[m2/s]。層流：Re≤2000，湍流：Re≥4000；2000<Re<4000為不穩(wěn)定過渡區(qū)。2、牛頓粘性定律τ=μ(du/dy)氣體的粘度隨溫度升高而增加，液體的粘度隨溫度升高而降低。3、流型的比較：①質(zhì)點的運動方式；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+湍流切應力。流體在管內(nèi)流動時的阻力損失[J/kg]1、直管阻力損失hf范寧公式(層流、湍流均適用).層流：哈根—泊稷葉公式。湍流區(qū)（非阻力平方區(qū)）：；高度湍流區(qū)（阻力平方區(qū)）：，具體的定性關系參見摩擦因數(shù)圖，并定量分析hf與u之間的關系。推廣到非圓型管注：不能用de來計算截面積、流速等物理量。2、局部阻力損失hf`①阻力系數(shù)法，②當量長度法，注意：截面取管出口內(nèi)外側，對動能項及出口阻力損失項的計算有所不同。當管徑不變時，流體在變徑管中作穩(wěn)定流動，在管徑縮小的地方其靜壓能減小。流體在等徑管中作穩(wěn)定流動流體由于流動而有摩擦阻力損失，流體的流速沿管長不變。流體流動時的摩擦阻力損失hf所損失的是機械能中的靜壓能項。完全湍流（阻力平方區(qū)）時，粗糙管的摩擦系數(shù)數(shù)值只取決于相對粗糙度。水由敞口恒液位的高位槽通過一管道流向壓力恒定的反應器，當管道上的閥門開度減小時，水流量將減小，摩擦系數(shù)增大，管道總阻力不變。管路計算并聯(lián)管路：1、2、各支路阻力損失相等。即并聯(lián)管路的特點是：（1）并聯(lián)管段的壓強降相等；（2）主管流量等于并聯(lián)的各管段流量之和；（3）并聯(lián)各管段中管子長、直徑小的管段通過的流量小。II．分支管路：1、2、分支點處至各支管終了時的總機械能和能量損失之和相等。六、柏式在流量測量中的運用1、畢托管用來測量管道中流體的點速度。2、孔板流量計為定截面變壓差流量計，用來測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)子流量計為定壓差變截面流量計。注意：轉(zhuǎn)子流量計的校正。測流體流量時，隨流量增加孔板流量計兩側壓差值將增加，若改用轉(zhuǎn)子流量計，隨流量增加轉(zhuǎn)子兩側壓差值將不變。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（蝸殼）（集液和能量轉(zhuǎn)換裝置）；軸封裝置（填料函、機械端面密封）。原理：借助高速旋轉(zhuǎn)的葉輪不斷吸入、排出液體。注意：離心泵無自吸能力，因此在啟動前必須先灌泵，且吸入管路必須有底閥，否則將發(fā)生“氣縛”現(xiàn)象。某離心泵運行一年后如發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，則應檢查進口管路是否有泄漏現(xiàn)象。二、性能參數(shù)及特性曲線1、壓頭H，又稱揚程2、有效功率3、離心泵的特性曲線通常包括曲線，這些曲線表示在一定轉(zhuǎn)速下輸送某種特定的液體時泵的性能。由線上可看出：時，，所以啟動泵和停泵都應關閉泵的出口閥。離心泵特性曲線測定實驗，泵啟動后出水管不出水，而泵進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1、泵在管路中的工作點為離心泵特性曲線（）與管路特性曲線（）的交點。管路特性曲線為：。2、工作點的調(diào)節(jié)：既可改變來實現(xiàn)，又可通過改變來實現(xiàn)。具體措施有改變閥門的開度，改變泵的轉(zhuǎn)速，葉輪的直徑及泵的串、并聯(lián)操作。離心泵的流量調(diào)節(jié)閥安裝在離心泵的出口管路上，開大該閥門后，真空表讀數(shù)增大，壓力表讀數(shù)減小，泵的揚程將減小，軸功率將增大。兩臺同樣的離心泵并聯(lián)壓頭不變而流量加倍，串聯(lián)則流量不變壓頭加倍。四、離心泵的安裝高度為避免氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵的安裝高度≤，注意氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。1．為操作條件下的允許吸上真空度，m為吸入管路的壓頭損失，m。允許氣蝕余量，m液面上方壓強，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允許安裝高度時會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。傳熱–––基本概念和基本理論傳熱是由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，又稱熱傳遞。由熱力學第二定律可知，凡是有溫度差存在時，就必然發(fā)生熱從高溫處傳遞到低溫處。根據(jù)傳熱機理的不同，熱傳遞有三種基本方式：熱傳導（導熱）、熱對流（對流）和熱輻射。熱傳導是物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞；熱對流是流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程（包括由流體中各處的溫度不同引起的自然對流和由外力所致的質(zhì)點的強制運動引起的強制對流），流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導聯(lián)合作用的傳熱過程稱為對流傳熱（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零度以上，都能發(fā)射輻射能，只是在高溫時，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進行。傳熱速率Q是指單位時間通過傳熱面的熱量（W）；熱通量q是指每單位面積的傳熱速率（W/m2）。熱傳導導熱基本方程––––傅立葉定律λ––––導熱系數(shù)，表征物質(zhì)導熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，單位為W/（m·℃）。純金屬的導熱系數(shù)一般隨溫度升高而降低，氣體的導熱系數(shù)隨溫度升高而增大。2．平壁的穩(wěn)定熱傳導單層平壁：多層（n層）平壁：公式表明導熱速率與導熱推動力（溫度差）成正比，與導熱熱阻（R）成反比。由多層等厚平壁構成的導熱壁面中所用材料的導熱系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈小，其兩側的溫差愈小，但導熱速率相同。圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導單層圓筒壁：或當S2/S12時，用對數(shù)平均值，即：當S2/S12時，用算術平均值，即：Sm=（S1+S2）/2多層（n層）圓筒壁：或一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當石棉泥受潮后，其保溫效果應降低，主要原因是因水的導熱系數(shù)大于保溫材料的導熱系數(shù)，受潮后，使保溫層材料導熱系數(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，應該將導熱系數(shù)小的材料包在內(nèi)層，其原因是為了減少熱損失，降低壁面溫度。二、對流傳熱對流傳熱基本方程––––牛頓冷卻定律α––––對流傳熱系數(shù)，單位為：W/（m2·℃），在換熱器中與傳熱面積和溫度差相對應。與對流傳熱有關的無因次數(shù)群（或準數(shù)）表1準數(shù)的符號和意義準數(shù)名稱符號意義努塞爾特準數(shù)αLNu=λ含有特定的傳熱膜系數(shù)α，表示對流傳熱的強度雷諾準數(shù)LuρRe=μ反映流體的流動狀態(tài)普蘭特準數(shù)CpμPr=λ反映流體物性對傳熱的影響格拉斯霍夫準數(shù)βgΔtL3ρ2Gr=μ反映因密度差而引起自然對流狀態(tài)流體在圓形直管中作強制湍流流動時的傳熱膜系數(shù)對氣體或低粘度的液體Nu=0.023Re0.8Prn或λLuρCpμα=0.0230.8nLμλ流體被加熱時，n=0.4；液體被冷卻時，n=0.3。定型幾何尺寸為管子內(nèi)徑di。定性溫度取流體進、出口溫度的算術平均值。應用范圍為Re10000，Pr=0.7~160，(l/d)60。對流過程是流體和壁面之間的傳熱過程，定性溫度是指確定準數(shù)中各物性參數(shù)的溫度。沸騰傳熱可分為三個區(qū)域，它們是自然對流區(qū)、泡狀沸騰區(qū)和膜狀沸騰區(qū)，生產(chǎn)中的沸騰傳熱過程應維持在泡壯沸騰區(qū)操作。無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在傳熱邊界層或滯流層內(nèi)，減少熱阻的最有效的措施是提高流體湍動程度。引起自然對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。用無因次準數(shù)方程形式表示下列各種傳熱情況下諸有關參數(shù)的關系：無相變對流傳熱Nu=f（Re，Pr，Gr）自然對流傳熱Nu=f（Gr，Pr）強制對流傳熱Nu=f（Re，Pr）在兩流體的間壁換熱過程中，計算式Q=KSΔt，式中Δt表示為兩流體溫度差的平均值；S表示為泛指傳熱面，與K相對應。在兩流體的間壁換熱過程中，計算式Q=SΔt，式中Δt=tw-tm或Tm-Tw；S表示為一側的傳熱壁面。滴狀冷凝的膜系數(shù)大于膜狀冷凝膜系數(shù)。水在管內(nèi)作湍流流動時，若使流速提高至原來的2倍，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的20.8倍。若管徑改為原來的1/2而流量相同，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的40.8×20.2倍。（設條件改變后，仍在湍流范圍）三、間壁兩側流體的熱交換間壁兩側流體熱交換的傳熱速率方程式Q=KSΔtm式中K為總傳熱系數(shù)，單位為：W/（m2·℃）；Δtm為兩流體的平均溫度差，對兩流體作并流或逆流時的換熱器而言，當Δt1/Δt2<2時，Δtm可取算術平均值，即：Δtm=（Δt1+Δt2）/2基于管外表面積So的總傳熱系數(shù)Ko四、換熱器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熱系數(shù)的主要途徑是提高流體流速、增強人工擾動；防止結垢，及時清除污垢。消除列管換熱器溫差應力常用的方法有三種，即在殼體上加膨脹節(jié)，采用浮頭式結構或采用U型管式結構。翅片式換熱器安裝翅片的目的是增加傳熱面積；增強流體的湍動程度以提高α。為提高冷凝器的冷凝效果，操作時要及時排除不凝氣和冷凝水。間壁換熱器管壁溫度tw接近α大的一側的流體溫度；總傳熱系數(shù)K的數(shù)值接近