第一章、流體流動(dòng)

「一、流體靜力學(xué)

J二、流體動(dòng)力學(xué)

I三、流體流動(dòng)現(xiàn)象

、四、流動(dòng)阻力、復(fù)雜管路、流量計(jì)

一、流體靜力學(xué)：

?壓力的表征：靜止流體中，在某一點(diǎn)單位面積上所受的壓力，稱為靜壓力，簡(jiǎn)稱壓力,

俗稱壓強(qiáng)。

表壓強(qiáng)（力）=絕對(duì)壓強(qiáng)（力）-大氣壓強(qiáng)（力）真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓

T電

?出

L

|X

旬

女

?I

?流體靜力學(xué)方程式及應(yīng)用：

力形式p2=A+pg（zx-z2）備注：1）在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一

能量形式+Z]g=?■+z2g水平面上各點(diǎn)壓力都相等。

PP

此方程式只適用于靜止的連通著的同一種連續(xù)的流體。

應(yīng)用：

-U型壓差計(jì)Pi一八=（Pfl-P）SR

j傾斜液柱壓差計(jì)

I微差壓差計(jì)

二、流體動(dòng)力學(xué)

?流量

質(zhì)量流量mskg/s-ims=VsP、

體積流量Vsm3/s-*ms=GA=n/4d2G

質(zhì)量流速Gkg/m2sIVs=uA="Mcfu

（平均）流速um/sJG=UP

?連續(xù)性方程及重要引論：

?一實(shí)際流體的柏努利方程及應(yīng)用（例題作業(yè)題）

21

以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)：z^+^-u,+^+We=z2g+-u2+^+YWfj/kg

2p2p

以單位重量流體為基準(zhǔn)：Z1+」—MJ+△+"=Z2+二—",2+'+J/N=m

2gpg2gpg

輸送機(jī)械的有效功率：Ne=nisWe

N

輸送機(jī)械的軸功率：N=<(運(yùn)算效率進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)變換)

應(yīng)用解題要點(diǎn):

1、作圖與確定衡算范圍：指明流體流動(dòng)方向，定出上、下游界面；

2、截面的選取：兩截面均應(yīng)與流動(dòng)方向垂直；

3、基準(zhǔn)水平面的選?。喝我膺x取，必須與地面平行，用于確定流體位能的大?。?/p>

4、兩截面上的壓力：?jiǎn)挝灰恢?、表示方法一致?/p>

5、單位必須一致：有關(guān)物理量的單位必須一致相匹配。

三、流體流動(dòng)現(xiàn)象：

?流體流動(dòng)類型及雷諾準(zhǔn)數(shù)：

(1)層流區(qū)Re<2000

(2)過渡區(qū)2000〈Re<4000

(3)湍流區(qū)Re>4000

本質(zhì)區(qū)別?.(質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)及能量損失區(qū)別)層流與端流的區(qū)分不僅在于各有不同的Re值，更重

要的是兩種流型的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式有本質(zhì)區(qū)別。

流體在管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)沿管軸作有規(guī)則的平行運(yùn)動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)互不碰撞，互不

混合

流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)并相互碰撞，產(chǎn)生大大小小的旋

渦。由于質(zhì)點(diǎn)碰撞而產(chǎn)生的附加阻力較自黏性所產(chǎn)生的阻力大得多，所以碰撞將使流體前進(jìn)

阻力急劇加大。

管截面速度大小分布:

無論是層流或揣流，在管道任意截面上，流體質(zhì)點(diǎn)的速度均沿管徑而變化，管壁處速度

為零，離開管壁以后速度漸增，到管中心處速度最大。

層流：1、呈拋物線分布；2、管中心最大速度為平均速度的2倍。

湍流：1、層流內(nèi)層；2,過渡區(qū)或緩沖區(qū)；3,湍流主體

湍流時(shí)管壁處的速度也等于零，靠近管壁的流體仍作層流流動(dòng)，這一作層流流動(dòng)的流體

薄層稱為層流內(nèi)層或?qū)恿鞯讓?。自層流?nèi)層往管中心推移，速度逐漸增大，出現(xiàn)了既非層流

流動(dòng)亦非完全端流流動(dòng)的區(qū)域，這區(qū)域稱為緩沖層或過渡層，再往中心才是揣流主體。層流

內(nèi)層的厚度隨和值的增加而減小。

層流時(shí)的速度分布M=；Mmax

湍流時(shí)的速度分布U~0.8MMAX

四、流動(dòng)阻力、復(fù)雜管路、流量計(jì)：

?計(jì)算管道阻力的通式：(伯努利方程損失能)

72

范寧公式的幾種形式:圓直管道h=2--

fd2

2

非圓直管道Apf=pwf

運(yùn)算時(shí)，關(guān)鍵是找出■值，一般題目會(huì)告訴，僅用于期末考試，考研需擴(kuò)充

?非圓管當(dāng)量直徑：

當(dāng)量直徑:d°d。=4%（4倍水力半徑）

A

水力半徑:-Ty=—

（流體在通道里的流通截面積A與潤濕周邊長口之比）

?流量計(jì)概述：（節(jié)流原理）

名龍質(zhì)量討是利用流體流經(jīng)孔板前后產(chǎn)生的壓力差來實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。

孔板流量計(jì)的特點(diǎn)：恒截面、變壓差，為差壓式流量計(jì)。

文丘里流量計(jì)的能量損失遠(yuǎn)小于孔板流量計(jì)。

費(fèi)子源量討的特點(diǎn)：恒壓差、恒環(huán)隙流速而變流通面積，屬截面式流量計(jì)。

?復(fù)雜管路：（了解）

并聯(lián)管路各支路的能量損失相等，主管的流量必等于各支管流量之和。

第二章、流體輸送機(jī)械

r一、離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

二、特性參數(shù)與特性曲線

三、氣蝕現(xiàn)象與安裝高度

I四、工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)

離心泵:電動(dòng)機(jī)-流體（動(dòng)能）一包一＞靜壓能

一、離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理：

?離心泵的主要部件：離心泵的的啟動(dòng)流程：

「葉輪‘吸液（管泵，無自吸能力）

泵殼液體的匯集與能量的轉(zhuǎn)換＜轉(zhuǎn)能

|泵軸排放

一密封填料密封機(jī)械密封（高級(jí)）

葉窕其作用為將原動(dòng)機(jī)的能量直接傳給液體，以提高液體的靜壓能與動(dòng)能（主要為靜壓

能）。

泵殼具有匯集液體和能量轉(zhuǎn)化雙重功能。

軸封裝置其作用是防止泵殼內(nèi)高壓液體沿軸漏出或外界空氣吸入泵的低壓區(qū)。常用的軸

封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。

氣縛變彖：離心泵啟動(dòng)前泵殼和吸入管路中沒有充滿液體，則泵殼內(nèi)存有空氣，而空氣

的密度又遠(yuǎn)小于液體的密度，故產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將

貯槽內(nèi)液體吸入泵內(nèi)，此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵，也不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象，表明

離心泵無自吸能力。因此，離心泵在啟動(dòng)前必須灌泵。

汽蝕現(xiàn)象:汽蝕現(xiàn)象是指當(dāng)泵入口處壓

力等于或小于同溫度下液體的飽和蒸汽壓

時(shí)，液體發(fā)生汽化，氣泡在高壓作用下，迅

速凝聚或破裂產(chǎn)生壓力極大、頻率極高的沖

擊，泵體強(qiáng)烈振動(dòng)并發(fā)出噪音，液體流量、

壓頭（出口壓力）及效率明顯下降。這種現(xiàn)

象稱為離心泵的汽蝕。

二、特性參數(shù)與特性曲線：

流量Q：離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系

統(tǒng)的液體體積。

壓頭（揚(yáng)程）H：離心泵對(duì)單位重量（1N）的

液體所提供的有效能量。

家■新：總效率〃=〃v小〃h

軸功率N：泵軸所需的功率N=—

〃-Q曲線對(duì)應(yīng)的最高效率點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)，

對(duì)應(yīng)的Q、H、N值稱為最佳工況參數(shù)，

銘牌所標(biāo)出的參數(shù)就是此點(diǎn)的性能參

數(shù)。（會(huì)使用IS水泵特性曲線表，書P117）

三、氣蝕現(xiàn)象與安裝高度：

?氣蝕現(xiàn)象的危害：

①離心泵的性能下降，泵的流量、壓頭和效率均降低。若生成大量的氣泡，則可能出現(xiàn)氣縛

現(xiàn)象，且使離心泵停止工作。

②產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，影響離心泵的正常運(yùn)行和工作環(huán)境。

③泵殼和葉輪的材料遭受損壞，降低了泵的使用壽命。

解決方案：為避免發(fā)生氣蝕，就應(yīng)設(shè)法使葉片入口附近的壓強(qiáng)高于輸送溫度下的液體飽和蒸

氣壓。通常，根據(jù)泵的抗氣蝕性能，合理地確定泵的安裝高度，是防止發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的有效

措施。

?離心泵的汽蝕余量：

為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵人口處液體的靜壓頭（m/pg）與動(dòng)壓頭（u：/2g）之

和必須大于操作溫度下液體的飽和蒸氣壓頭rp?/Pg）某一數(shù)值，此數(shù)值即為離心泵的氣蝕余

量。

2

NPSH=旦+工—生NPSHJ4個(gè)個(gè)抗氣蝕性能好

pg2gpg

必須汽蝕余量:（NPSH）r

?離心泵的允許吸上真空度：

PS

H；——離心泵的允許吸上真空度,指在泵入口處可允許達(dá)到的最高真空度,m液柱

p.---當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng),Pa;

p,——泵吸入口處允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng),Pa;

3

P----被輸送液體的密度,kg/mo

?離心泵的允許安裝高度及（低于此高度0.5-lm）：

關(guān)離心泵先關(guān)閥門，后關(guān)電機(jī)，開離心泵先關(guān)出口閥，再啟動(dòng)電機(jī)。

四、工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)：

?管路特性與離心泵的工作點(diǎn)：

PS2g由兩截面的伯努利方程所得

Qe——管路系統(tǒng)的輸送量,mOh

4―管路截面積,m2。

H尸世Qe)He=K+f(Qe)

I,Z+M.y]___]_R

IA~~d~~+"+'。展(3碗4)2-H產(chǎn)BQ]

=K+BQ]全程化簡(jiǎn)。

泵特性方程一H=fkQ）

--------------此晨不&管路特性方程H.=K+BQ；

聯(lián)解既得工作點(diǎn)。

?離心泵的流量調(diào)節(jié)：

1、改變閥門的開度（改變管路特性曲線）；

2、改變泵的轉(zhuǎn)速（改變泵的特性曲線）；減小葉輪直徑也可以改變泵的特性曲線，但一般不

用。

3、泵串聯(lián)（壓頭大）或并聯(lián)（流速大）

?往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)：

1、旁路調(diào)節(jié)；

2、改變活塞沖程和往復(fù)次數(shù)。

第三章,非均相物系的分離（密度不同）

"一、重力沉降

?二、離心沉降

，三、過濾

一、重力沉降：

?沉降過程：

阻力Fd

/浮力凡

6

先加速（短），后勻速（長）沉降過程。

?流型及沉降速度計(jì)算：（參考作業(yè)及例題）

層流區(qū)（滯流區(qū)）或斯托克斯定律區(qū)：（lO々ReKl）（K<2.62）

過渡區(qū)或艾倫定律區(qū)：（IVReKlOb（2.62<K<69.1）

35

湍流區(qū)或牛頓定律區(qū)：（10<Ret<2x10）（K>69.1）

相應(yīng)沉降速度計(jì)算式：（公式不用記，掌握運(yùn)算方法）

滯流區(qū)u'=一w-

出應(yīng)

過渡區(qū)27/@*%6

湍流區(qū)

?計(jì)算方法:

1、試差法:

即先假設(shè)沉降屬于某一流型（譬如層流區(qū)），則可直接選用與該流型相應(yīng)的沉降速度公式計(jì)

算%,然后按巴檢驗(yàn)Ret值是否在原設(shè)的流型范圍內(nèi)。如果與原設(shè)一致，則求得的%有效。否

則，按算出的R&值另選流型，并改用相應(yīng)的公式求巴。

2、摩擦數(shù)群法:書pl49

3、K值法:書pl50

?沉降設(shè)備：

則位于降塵室最高點(diǎn)的顆“

凈化氣體

粒沉降至室底需要的時(shí)間為

3=旦

IU…

氣體通過降塵室的時(shí)間為

塵粒Ua

為滿足除塵要求，氣體在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間至少等于顆粒的沉降時(shí)間，所以：

I---降塵室的長度,m;

H—降塵室的高度,m;

1Hb—降塵室的寬度,m;

8三仇或工"工u—?dú)怏w在降塵室的水平通過速度,m/s

單層降塵室生產(chǎn)能力：匕＜（與高度H無關(guān)，注意判斷選擇填空題）

多層降塵室：匕＜（n+I）/4（n+1為隔板數(shù)，n層水平隔板，能力為單層的（n+1）倍）

二、離心沉降：

2

?離心加速度：（慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度）重力加速度：g

?離心沉降速度Ur：4d（,s一夕）工;重力沉降速度UT：4dg一夕）0

O

V3PqR

?離心分離因數(shù)Kc：

U2

Kc=t=（離心沉降速度與重力沉降速度的比值，表征離心沉降是重力沉降的多少倍）

uT&R

?離心沉降設(shè)備：

旋風(fēng)分離器:利用慣性離心力的作用從氣流中分離出塵粒的設(shè)備

性能指標(biāo)：

1、臨界粒徑&:理論上在旋風(fēng)分離器中能被完全分離下來的最小顆粒直徑；

2、分離戰(zhàn)鎏：總效率n。；分效率小（粒級(jí)效率）；

3、分割粒徑dso：ck是粒級(jí)效率恰為50%的顆粒直徑；

4、壓力降A(chǔ)p：氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管和排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力,

流動(dòng)時(shí)的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失等，造成氣體的壓力降。

C.—旋風(fēng)分離器進(jìn)口氣體含塵濃度,g/n?

Ci——旋風(fēng)分離器出口氣體含塵濃度,g/n/

——進(jìn)口氣體中粒徑在第i小段范圍內(nèi)的顆粒的濃度,g/n?

C2?—出口氣體中粒徑在第i小段范圍內(nèi)的顆粒的濃度,g/n?

標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)N0=5,7=8.0。

三、過濾：

?過濾方式：

1、餅層過濾:餅層過濾時(shí)，懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)，固體物沉積于介質(zhì)表面而形成濾餅

層。過濾介質(zhì)中微細(xì)孔道的直徑可能大于懸浮液中部分顆位的直徑，因而，過濾之初會(huì)有

一些細(xì)小顆粒穿過介質(zhì)而使濾液渾濁，但是顆粒會(huì)在孔道中迅速地發(fā)生“架橋”現(xiàn)象（見

圖），使小子孔道直徑的細(xì)小顆粒也能被截?cái)r，故當(dāng)濾餅開始形成，濾液即變清，此后過

濾才能有效地進(jìn)行?？梢?，在餅層過濾中，真正發(fā)揮截?cái)r顆粒作用的主要是濾餅層而不是

過濾介質(zhì)。餅層過濾適用于處理固體含量較高的懸浮液。

加漿

深床過濾:在深床過濾中，固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀過濾介質(zhì)床層內(nèi)

部。懸浮液中的顆粒尺寸小于床層孔道直徑，當(dāng)顆粒隨流體在床層內(nèi)的曲折孔道中流過時(shí)，

便附在過濾介質(zhì)上。這種過濾適用于生產(chǎn)能力大而懸浮液中顆粒小、含量甚微的場(chǎng)合。自來

水廠飲水的凈化及從合成纖維紡絲液中除去極細(xì)固體物質(zhì)等均采用這種過濾方法。

?助濾劑的使用及注意:

為了減少可壓縮濾餅的流動(dòng)阻力，有時(shí)將某種質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏松餅層的另一種固體顆粒

混入懸浮液或預(yù)涂于過濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層，使濾液得以暢流。這種預(yù)混或預(yù)涂的粒

狀物質(zhì)稱為助濾劑。

對(duì)助濾劑的基本要求如下:

①應(yīng)是能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性、較高的空隙率及較低的流

動(dòng)阻力；

②應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，不與懸浮液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不溶于液相中。

應(yīng)予注意，一般以獲得清凈濾液為目的時(shí)，采用助濾劑才是適宜的。

?恒壓過濾方程式：（理解，書P175）

對(duì)于一定的懸濁液，若〃、r\及丫皆可視為常數(shù)，令A(yù)=k——表征過濾物料特

//TV

性的常數(shù)，m"/lN"）或n?/（Pa?s）；恒壓過濾時(shí)，壓力差人不變，葭A、s都是

常數(shù)再令K=2AAp'

V——濾液量，

8----過濾時(shí)間，8；

V2^KA20/二脛4一過漉面積,而

?過濾常數(shù)的測(cè)定：書P179,包括壓縮因子

?板框壓力機(jī)：

過濾時(shí)，懸浮液在指定的壓強(qiáng)下經(jīng)濾漿通道自濾框角端的暗孔進(jìn)入框內(nèi)，濾液分別穿過

兩側(cè)濾布，再經(jīng)鄰板板面流至濾液出口排走，固體則被截留于框內(nèi)，如圖所示，待濾餅充滿

濾框后，即停止過濾。

若濾餅需要洗滌，可將洗水壓人洗水通道，經(jīng)洗滌板角端的暗孔進(jìn)入板面與濾布之間。

第四章傳熱

r一、熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱

《二、總傳熱

L三、換熱器及強(qiáng)化傳熱途徑

一、熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱：

?傳熱基本方式：

1、熱傳導(dǎo)（宏觀無位移）:若物體各部分之間不發(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)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）。熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部

分之間存在溫度差，此時(shí)熱量將從高溫部分傳向低溫部分，或從高溫物體傳向與它接觸的低

溫物體，直至整個(gè)物體的各部分溫度相等為止。

2、熱對(duì)流（宏觀有位移）:流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對(duì)流（簡(jiǎn)

稱對(duì)流）。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中。在流體中產(chǎn)生對(duì)流的原因有二：一是因流體中各處的溫

度不同而引起密度的差別，使輕者上浮，重者下沉，流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)位移，這種對(duì)流稱為

自然對(duì)流；二是因泵（風(fēng)機(jī)）或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)，這種對(duì)流稱為強(qiáng)制對(duì)流。

3、熱輻射（不需要介質(zhì)）:因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物

體（包括固體、液體和氣體）都能將熱能以電磁波形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)，也就

是說它可以在真空中傳播。

4、對(duì)流傳熱:流體流過固體壁面（流體溫度與壁面溫度不同）時(shí)的傳熱過程稱為對(duì)流傳熱。

1）流體無相變的對(duì)流傳熱流體在傳熱過程中不發(fā)生相變化，依據(jù)流體流動(dòng)原因不同,

可分為兩種情況。

①強(qiáng)制對(duì)流傳熱，流體因外力作用而引起的流動(dòng)；

②自然對(duì)流傳熱，僅因溫度差而產(chǎn)生流體內(nèi)部密度差引起的流體對(duì)..流動(dòng)。

2）流體有相變的對(duì)流傳熱流體在傳熱過程中發(fā)生相變化，它分為兩種情況。

①蒸氣冷凝，氣體在傳熱過程中全部或部分冷凝為液體；

②液體沸騰，液體在傳熱過程中沸騰汽化，部分液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w

對(duì)流傳熱的溫度分布情況

對(duì)流傳熱是集熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)于一體的綜合現(xiàn)象。對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在層流內(nèi)層,

因此，減薄層流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑。

?傳熱過程中熱、冷流體（接觸）熱交換方式：（書p211）

1、直接接觸式換熱和混合式換熱器;

2蓄熱式換熱和蓄熱器;

3、典型的間壁式換熱器:（列管換熱器，區(qū)分殼程、管程、單/多殼程、單/多管程）

特定的管殼式換熱器傳熱面積：S=nndLS傳熱面積；n----管數(shù)；d----管徑，m；

L----管長，m。

?傳熱速率和熱通量：

傳熱速率Q（又稱熱流量）指單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面積的熱量；

仕耳、古我一傳熱推動(dòng)力（溫度差）At初人仕舟石油拈陽°r/w

傳熱速率=------$—>r7rt-------；Q=R----整個(gè)傳熱面的熱阻，CW

傳熱熱阻R

熱通量q（又稱傳熱速度）指單位面機(jī)的傳熱速率。

q=%；q=￡；R'——單位傳熱面積的熱阻，層：C/W

dsR

?熱傳導(dǎo)基本規(guī)律：

傅里葉定律:傅立葉定律為熱傳導(dǎo)的基本定律，表示通過等溫表面的導(dǎo)熱速率與溫度梯度及

傳熱面積成正比，即：

dQoc-dS爵

dQ-

Q——導(dǎo)熱速率,即單位時(shí)間傳導(dǎo)的熱，其方向與溫度梯度的方向相反,w

S---等溫表面的面積,m?;

A——比例系數(shù)，稱為導(dǎo)熱系數(shù),W/(m?P)

?通過平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)：

1、單層平壁的熱傳導(dǎo):

八A..SAt2、t.-tyAtQAtAt

Q=-=TS(G-=—<7=-=—=

bbbRSbR

IsI

b——平壁厚度，m；

△t——溫度差，導(dǎo)熱推動(dòng)力，°C；

R=———導(dǎo)熱熱阻，。C7W；

AS

bo

R'=-——導(dǎo)熱熱阻，勿4°。/%

4

2、多層平壁的熱傳導(dǎo):

在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，通過各層的導(dǎo)熱速率必相等，即Q=Q1=Q2=Q3;熱通量也相等：q=qi=q2=q：3

A|S(-<2)AS(/-b)AjS(tj-t)

8----------1—=-2工2—=-瓦4

bIb]

=八一"二Q△“二G一h二Q

△〃=“i=。

+△：?+△“_h-?4

nV=ZL：_^.A=A~ETZT

A,SA2SA3SA,S入2sa3s（三層）

c_SAt

"-小三m

i>iAS(n層)

?通過圓筒壁的熱傳導(dǎo)：

1、單層圓筒壁的熱傳導(dǎo):

6兀次（力-芍）

Q=_21

"1。s巾=J2冗7r1mrLL與r=1/—/"

bin7^/r

41i1n—2

百

2、多層圓筒壁的熱傳導(dǎo):

rQl=Q2=Q3=Qn(注意判斷選擇填空)

qi>q2>q3>qn

八△"++Z'￡]_t4

Q=~b[b7~=R+冬+&

11smiA2SgQA3S^

(

-2KLr2-r1)c2^L[r3-r2)2K￡(r4-r3)

5al=1，J=-,*=--j

In—In—In-

rIr2r2

八r)

“=?一,■2-nL(tt-'4,

y-ln-+y-ln—+-J-In

入1rI4r2入3r3

￡|一』

Qb：

J忘

0=一^n?I

y__L_Iny

.2?！埃╪層）

?保溫層的臨界直徑：

通常，熱損失隨保溫層厚度的增加而減少。但是在小直徑圓管外包扎性能不良的保溫材

料，隨保淚層厚度增加，可能反而使熱損失增大。

才有意義）

二、總傳熱：（參考習(xí)題及例題）

?熱量衡算：

dQ=-卯"4=Wcdlc

W——流體的質(zhì)量流量,kg/h或kg/s;

/—流體的蠟,kj/kg；

下標(biāo)h和C分別表示熱流體和冷流體

dQ=-即MphdT=

%——流體的平均比熱容，kJ/（kg?t）；

t——冷流體的溫度，P;

T——熱流體的溫度，t。

?總傳熱速率方程：

Q=KSb*f￡（最需大于△ti）

In-

總傳熱系數(shù)K、總熱阻工

K

總熱阻=熱阻之和

三、換熱器及強(qiáng)化傳熱途徑：

?間壁式換熱器的類型：（掌握原理書p277）

管式換熱器:

1、蛇管式換熱器（沉浸式蛇管換熱器、噴淋式蛇管換熱器）

2、套管式換熱器

3、管殼式膜熟葬（固定管板式換熱器、U形管換熱器）

板式換熱器:

L夾套式換熱器

2、板式換熱器

3、螺旋板式換熱器a、n、in形）、

翅片式換熱器:

1、翅片管式換熱器

2、版翅片式換熱器

熱管換熱器

?間壁式換熱器強(qiáng)化傳熱途徑：

1、增大平均溫度差A(yù)t.

2、增大傳熱面積S

1）翅化面;2）異形表面；3）多孔物質(zhì)結(jié)構(gòu);4）采用小直徑傳熱管。

3、增大總傳熱系數(shù)K

1）提高流體的流速;2）增強(qiáng)流體的擾動(dòng);3）在流體中加固體顆粒;4）采用短管換熱器；5）

防止垢層形成和及時(shí)清除垢層。

第五章、蒸發(fā)（不揮發(fā)溶質(zhì)）

r一、概述及蒸發(fā)器

《二、溶液沸點(diǎn)升高與溫度差損失

L三、多效蒸發(fā)及流程

一、概述及蒸發(fā)器：

?單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)：?jiǎn)涡д舭l(fā)與多效蒸發(fā)在操作中一般用冷凝方法將二次燕汽不斷地

移出，否則蒸汽與沸騰溶液趨于平衡，使蒸發(fā)過程無法進(jìn)行。若將二次蒸汽直接冷凝，

而不利用其冷凝熱的操作稱為單效蒸發(fā)。若將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，

以利用其冷凝熱，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效燕發(fā)。

?常見蒸發(fā)器類型及原理（書P302）

循環(huán)形（非膜式）蒸發(fā)器:

1、中央循環(huán)管式（或標(biāo)準(zhǔn)式）蒸發(fā)器

2、懸筐式蒸發(fā)器

3、外熱式蒸發(fā)器

4、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器

（單程型）膜式蒸發(fā)器:

1、升膜蒸發(fā)器

2、降膜蒸發(fā)器

3、升-降膜蒸發(fā)器

4、刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器

直接加熱蒸發(fā)器

二、溶液沸點(diǎn)升高與溫度差損失：

?溶液的沸點(diǎn)：

溶液中含有不揮發(fā)的溶質(zhì)，在相同條件下，其蒸氣壓比純水的低，所以溶液的沸點(diǎn)就比

純水的要高，兩者之差稱為因溶液蒸氣壓下降而引起的涕點(diǎn)#高。

例如，常壓下20%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）NaOH水溶液的沸點(diǎn)為108.51,而水的沸點(diǎn)為10CTC,此

時(shí)溶液沸點(diǎn)升高&5度。

由于有沸點(diǎn)升高現(xiàn)象，使同條件下蒸發(fā)溶液時(shí)的有效溫度差下降&5（,正好與溶液沸點(diǎn)

升高值相等，故沸點(diǎn)升高又稱為潑度塞龍先。

?溫度差損失：（書P310）

溫度差損失不僅僅是因?yàn)槿芤褐泻辛瞬粨]發(fā)性溶質(zhì)引起的，蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力高于

冷凝囂以克服二次蒸汽從蒸發(fā)器流到冷凝器的阻力損失、蒸發(fā)器的操作需維持一定的液面等

因素都會(huì)造成溫度差損失。

1、因溶液蒸氣壓下降而引起的溫度差損失△'

2、因加熱管內(nèi)液柱靜壓力而引起的溫度差損失'

3、由于管路流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失△'''

三、多效蒸發(fā)及流程：（書P322,搞清楚前后黏度、壓強(qiáng)、溫度）

至冷麋器

圖5-16并流加料的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖

圖5-18平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意由

P1>P2>P3TI>T2>T3溶液的沸點(diǎn)必純?nèi)軇┑母?，冷凝液的沸點(diǎn)高于二次蒸汽。

第六章蒸僧（液體混合物揮發(fā)度不同）

「一、平衡關(guān)系

"二、精用原理及流程

L三、精儲(chǔ)過程計(jì)算

一:平衡關(guān)系：

?用飽和蒸氣壓和相平衡常數(shù)表示的氣液平衡關(guān)系：

PA二力A

=P?（I-）由龍岑次定學(xué)得出，p-溶液上方組分平衡分壓，Peup'

-在溶液溫度下純組分的飽和蒸氣壓，Pa。x-溶液中組分的摩爾數(shù)。下標(biāo)A表示易揮發(fā)組分，B

表示難揮發(fā)組分。Xb=（l-Xa）

。一/

泡點(diǎn)方程式XA=

琮-武

露點(diǎn)方卷式以=入=區(qū)區(qū)=建與其道爾頓分壓定律得出。

PPPP「PB

揮發(fā)度對(duì)于理想溶液勺=2^=。；。VB同理表示

九AXA

相對(duì)揮發(fā)度：易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比0=么二心4

%PB/'B

?相圖：（t-x-y圖）（x-y圖）

?(y)

圖II笨--甲茶混合液的￡—x—r圖圖卜2笨一甲笨混合液的，一/圖

ax

3、相平衡方程式:

l+(a-l)x

4、簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)流程特點(diǎn):簡(jiǎn)單蒸偏是將原料液一次加入蒸偏釜中，在恒壓下加熱使之部分

汽化，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入冷凝器中冷凝，隨著過程的進(jìn)行，釜液中易揮發(fā)組分含量不斷降低，

當(dāng)釜液組成達(dá)到規(guī)定值時(shí)，即停止蒸僧操作，釜液一次排出。

二、精用原理及流程：

*（7）原理:液體混合物經(jīng)多次部分汽化和冷凝后，便可

得到幾乎完全的分離。

滋貍：原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱到指定溫度后.送入精僧塔的進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下

降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上，回流液體與上升蒸

氣互相接觸，進(jìn)行傳熱傳質(zhì)過程。操作時(shí)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為地底產(chǎn)品（釜

殘掖），部分液體汽化，產(chǎn)生上升蒸氣，依次通過各層塔板。塔頂蒸氣進(jìn)人冷凝器中被全部

冷凝，并將部分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)

品（儲(chǔ)出液）=

通常，將原料液進(jìn)入的那層板稱為加料板，加料板以上的塔段稱為鷹著段加料板以下的

塔段（包括加料板）稱為提磨度。

三、精儲(chǔ)過程計(jì)算：

F-----原料液流量,kmol/h;

D」一塔頂產(chǎn)品（偏出液）憂ILLml/h；

W——塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃汉絣Un?|/h；

孫一一原料液巾易揮發(fā)組分的摩爾分

曲一憎出液申易揮發(fā)組分的摩爾分

ft；

八一釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分也

廠總物料衡算F=D+W

易揮發(fā)組分衡算FxkDy+Wx

r）x

Y塔頂易揮發(fā)組分的回收率7；。=—2x100%

FXF

J塔釜難揮發(fā)組分的回收率T]w=W（iw）xioo%

F（1-XF）

回流比：R=—

D

最小回流比Rmm=與一端廬（1.1~2.0）&n

yqi

L操作線遠(yuǎn)離平衡線，NT1f設(shè)備費(fèi)1

RTY

JL"T『一冷凝器、再沸器熱負(fù)荷Tf操作費(fèi)T

?進(jìn)料熱狀況的影響及q線方程

I、fCPK+r將Ikmol原料變成飽和蒸汽所融量

Q===

LrIkmol原料的汽化潛熱

并由此得到L=L+qF及/=舛((7—1)尸

進(jìn)料熱狀況對(duì)q值及q線的影響：

廢料烙狀況進(jìn)料的貂hq值q或在x-y圖上位置

冷液體>1.

但和液體18況“)

代液混合防h<gv/v。<q<1-*(2

飽和蒸氣If?h0Q,,女(T

過熱藻氣/r>/v<0?kS

g線方程y=-^—x-^—必過點(diǎn)e(x^,,X")

q-1q—\卜卜

?操作線方程：

精儲(chǔ)段操作線方程:

總物料衡算5D

易揮發(fā)組分衡算Vy*Lx亡DXD

操作線方程y-x4--------Xn必過點(diǎn)a(Xn,Xn)

n+iN+1nR+l

提儲(chǔ)段操作線方程:

總物料衡算L'^V+W

易揮發(fā)組分衡算/'或=『%1'+妝/

,L，w、

操作線方程y=-x------rX必過點(diǎn)C(X,X)

m+lmywWr//Wu/

LW

x1Xw

或ym+\~i_w'L-W

V

平衡線方程:y=-~~--

1+(a-i)x

7

“*

X--------

圖1-20操作線的作法------圖形關(guān)系(記住)。

rq=l,斜率為8圖像為T

特殊「泡點(diǎn)X=X

JqF

進(jìn)料l重點(diǎn)q=0,斜率為0,圖像為一

’1、逐板計(jì)算法

理論版層數(shù)計(jì)算：<

、2、圖解法

逐板計(jì)算法:

Y平衡關(guān)系「操作關(guān)系平衡關(guān)系y

yiXD----------------------->J1--------------------------->y2--------------------------->々

計(jì)算到乃<X/飽和液體進(jìn)料狀況，其他為丫）

nrq

說明第n層是加料板（n-1層）。提儲(chǔ)段：同理//<x（m-1層）。

w

?全塔效率與單板效率

￡=4^X100%用=必二&±L或E=%zk二之

Npy?-yn+ixn_x-xn

?塔板上氣液兩相的非理想流動(dòng)

1.返混現(xiàn)象

液沫夾帶塔板上部分液體產(chǎn)生與液體主體流動(dòng)方向相反的流動(dòng)為液沫夾帶（又稱霧沫夾

帶）。即液滴被上升的氣體夾帶到上一層塔板上。

氣泡夾帶塔板上部分氣體產(chǎn)生與氣體主體方向相反的流動(dòng)為氣泡夾帶。即氣泡被下降的液

體卷入下一層塔板上。

2.氣體和液體的不均勻分布

氣體沿塔板的不均勻分布由于液面落差/的存在，氣體通過塔板時(shí)阻力大小不等，導(dǎo)致塔

板上氣量分布不均。

液體沿塔板的不均勻分布由于液體橫向流過塔板時(shí)路徑長短不一，使塔板的物質(zhì)傳遞量減

少。不正確操作

波泛在操作過程中，塔板上液體下降受阻并逐漸在塔板上積累，這種現(xiàn)象稱為液泛（也稱

淹塔）。根據(jù)引起液泛的原因不同，可以分為：

（1）降液管液泛液體流量過大降液管內(nèi)液體不能及時(shí)排出或氣體流量過大使降液管液面升

高，均會(huì)引起降液管液泛。

（2）夾帶液泛氣速過大導(dǎo)致液沫夾帶量過大，板上液層增厚并各板液層相連造成液泛。

嚴(yán)重漏液當(dāng)氣體通過篩孔的速度較小或氣體分布不均勻時(shí)，從孔道流下的液體量占液體流

量的10%以上稱為嚴(yán)重漏液。

第七章吸收（溶解度差異）

'一、概述及平衡關(guān)系

?二、傳質(zhì)理論

、三、吸收塔計(jì)算

一、概述及平衡關(guān)系：

1、吸收依據(jù)：混合物各組分在某種溶劑中溶解度差異

p）分離混合氣體以回收所需的組分；

吸收I2）除去有害組分以凈化氣體；

目的13）制備某種氣體的溶液；

、4）工業(yè)廢氣的治理。

2、吸收與解吸流程：

吸收過程進(jìn)行的方向與限度取決于溶質(zhì)在氣液兩相中的平衡關(guān)系。當(dāng)氣相中溶質(zhì)的實(shí)際分壓

高于與液相成平衡的溶質(zhì)分應(yīng)時(shí)，溶質(zhì)便由氣相向液相轉(zhuǎn)移，即發(fā)生吸收過程。反之.如果

氣相中溶質(zhì)的實(shí)際分壓低于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時(shí)，溶質(zhì)便由液相向氣相轉(zhuǎn)移，即發(fā)生

吸收的逆過程，這種過程稱為脫收（或解吸）

?溫度與壓強(qiáng)的影響：

限度J有利于吸收，反之即為解吸

辰強(qiáng)T有利于吸收，反之即為解吸

3、平衡關(guān)系:

摩欣山丫_液相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)_X,

:j一液相中溶劑的摩爾數(shù)一匚無

y=氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)=%

'一氣相中惰性組分的摩貓—1-兀

亨利定律；"=￡巧P-=-工土也〃=令

HHp,EMS

P：——溶質(zhì)在氣相中的平倚分壓,kPa;

x.—溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；

E——亨利系數(shù),其數(shù)值隨物系的特性及溫度而異.月的弟位與強(qiáng)力單位一致“

c.——單位體積溶液中溶質(zhì)的席爾數(shù),kmd/mJ

P：一氣相中溶質(zhì)的平衡分壓,kPa;

H---溶解度系數(shù),kinol/（kN,nOo

爸——液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)

亢——與該液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)

m一一枷平衡常數(shù)、或稱分配系數(shù)，質(zhì)綱為1?

4、吸收劑的選擇：

1）溶解度高（對(duì)溶質(zhì)組分）

2）選擇性高

3）揮發(fā)度小

4）黏性小

5）其他（無毒、無腐蝕、經(jīng)濟(jì)、合理等）

5、相平衡關(guān)系在吸收中的應(yīng)用：

1）判斷傳質(zhì)方向:

若氣液相平衡關(guān)系為九*=mxi或X：=y./m,如果氣相中溶質(zhì)的實(shí)際組成力大于

與液相溶質(zhì)組成相平衡的氣相溶質(zhì)組成y,*,即%>y,*（或液相的實(shí)際組成再小于與氣相

組成上相平衡的液相組成X：,即x,〈X,*,說明溶液還沒有達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)氣相中的

溶質(zhì)必然要繼續(xù)溶解，傳質(zhì)的方向由氣相到液相，即進(jìn)行吸收；反之，傳質(zhì)方向則由液相到

氣相.即發(fā)生解吸（或脫吸）。

2）確定傳質(zhì)推動(dòng)力:

傳質(zhì)過程的推動(dòng)力通常用一相的實(shí)際組成與其平衡組成的偏離程度表示。

如圖，在吸收塔內(nèi)某截面A-A處，溶質(zhì)在氣、液兩相中的組成分別為、x,,若在

操作條件下氣液平衡關(guān)系為y：=mxi,則在x’.-y,.坐標(biāo)上可標(biāo)繪出平衡線0E和A-A截面

*

上的操作點(diǎn)A,如國所示。從圖中可看出，以氣相組成差表示的動(dòng)力為Ay,=乙.一兀.，以

液相組成差表示的推動(dòng)力為Ax,.=X：-x,（只能以一相來表征）

同理，若氣、液組成分別以P,、C,表示，并且相平衡方程為°：=魚或c「=Hp,以氣

相分壓差表示的推動(dòng)力為Ay,.=yi-yf以液相組成表示的推動(dòng)力為Ax,=Xj

a吸收塔內(nèi)兩相量與組成的變化b吸收過程推動(dòng)力

3）指明傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限:

平衡狀態(tài)是傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限。對(duì)于以凈化氣體為目的的逆流吸收過程，無論氣體

流員有多小，吸收劑流量有多大，吸收塔布多高,出塔凈化氣中溶質(zhì)的組成為最低都不會(huì)低

于與人塔吸收劑組成%相平衡的氣相溶質(zhì)組成y：,即

…ny,；="%

同理，對(duì)以制取液相產(chǎn)品為目的的逆流吸收，出塔吸收液的組成知都不可能大于與人

塔氣植11成力軸平衡的液相組成W,即

陽.11-m

二、傳質(zhì)理論：

擴(kuò)J分子擴(kuò)散:流體分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)

散i渦流擴(kuò)散：流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)

菲克定律：當(dāng)物質(zhì)A在介質(zhì)B中發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，任一點(diǎn)處物質(zhì)A的擴(kuò)散通量與該位置上A的濃度梯

度成正比：

JA=-0AB旦（與傅里葉定律反牛頓黏性定律有相似處）

dz

Jk----物質(zhì)A在2方向上的分子擴(kuò)散通

第一物質(zhì)A的濃度梯度,即物質(zhì)A的濃度c&在？方向上的變化率,kmol/m'

〃他——物質(zhì)A在介質(zhì)B中的分子獷散系數(shù)，//s。

式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散是沿著物質(zhì)A濃度降低的方向進(jìn)行的。

等分子單向擴(kuò)散（了解，下冊(cè)書P90）

雙膜理論:雙膜理論把兩流體間的對(duì)流傳質(zhì)過程描述成如圖所示的模式。它包含以下幾點(diǎn)基

本假設(shè)：

?相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的停滯膜，

吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此二膜層由氣相主體進(jìn)入液相主體；

?在相界面處，氣、液兩相達(dá)到平衡；

?在兩個(gè)停滯膜以外的氣、液兩相主體中，由于流體充分湍動(dòng)，物質(zhì)組成均勻。

推動(dòng)力

吸收速率,指單位相際傳質(zhì)面積上單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)量，速率=寫2,推動(dòng)

阻力

力指組成差，吸收阻力倒數(shù)為吸收系數(shù)，所以“速率=吸收系數(shù)X推動(dòng)力”方程式:

DpDp

=——匕—（P,—P,.）=?、?PQ,——匕-=常數(shù)%（一定情況下）

NGAA1

APTAAiRT

ZPzp

gBmgBm

三、吸收塔計(jì)算：

1、摩爾分率、摩爾比相關(guān)關(guān)系：

氣相:y=—（氣體總體積二惰性體積）

An

液相:x=—

An

質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分率的關(guān)系為:XA

WA/MA+WB/MB+-?-IVN/MN

摩爾比

VX

摩爾分率與摩爾比的關(guān)系為x=------Y=^

1+X"總x1-Xi-y

摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系為CR4PA

VRT

2.吸收操作線方程與操作線

Y=^X+(Y2-^X2)

￡

液氣比g=（1.1-2.0）（^）min,最小液氣比的計(jì)算:

VminX；-X?

B點(diǎn)移至水平線Y=Yi與平衡線的交點(diǎn)B*時(shí),Xi=Xi*,此點(diǎn)對(duì)應(yīng)有最小液氣比。

這是理論上吸收液所能達(dá)到的最高組成，但此時(shí)過程的推動(dòng)力已變?yōu)?,因而需要無限大的相

際傳質(zhì)面積，實(shí)際上辦不到。或者當(dāng)解吸平衡線為非下凹線時(shí)，操作線的極限位置為與平衡

線相交，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣液比為最小氣液比。以（上］表示。對(duì)應(yīng)的氣體用量為最小用量,

記作Kino

X]_X]

即