化工原理复习提纲

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1、第一章 流 体 流 动,化工原理总复习,一、流体的主要物理性质1密度、相对密度和比体积 （1） 密度 单位体积的流体所具有的质量， 则： 单位 ： kg/m3,(2)相对密度流体密度与4时水的密度之比 ,习惯称为比重 。 符号： d4 20 即： d4 20 = / 水 水在4时的密度为1000/m3，,（3）比体积,习惯称为比容。符号：；单位：m3/kg。,例1:某设备的表压强为50kPa，则它的绝对压强为 kPa；另一设备的真空度为360 mmHg柱，则它的绝对压强 为 mmHg柱。（当地大气压为101.33 kPa）已知某溶液的密度为800kg/m3，该溶液的比体积为 m3/ kg，相对

2、密度为 。,2. 压强的表示方法绝对压强（绝压）、表压强（表压）、真空度压强的单位及其换算 1 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O表压= 绝对压强（外界）大气压强真空度=（外界）大气压强绝对压强,例2.已知大气压为100kPa，若设备内的表压强为0.2MPa,设备内的绝对压强为 kPa；如果设备内的真空度为80kPa，设备内的绝对压强为 kPa。 例3.已知当地大气压为750mmHg柱，如果设备内的表压为200mmHg柱,则设备内的绝对压力为mmHg柱。,二、静力学基本方程式及其应用 p2 = p1 + gh, U管压差计p1-p2=

3、(指-)Rg,微差压差计,例4、水在如图所示的水平变径管路中作稳定流动，已知粗管内直径为200mm，细管内直径为150mm，水在粗管中的流速为1.5m/s。在粗细两管上连有一U形管压差计，指示液为水银，其密度为13600kg/m3。水的密度为1000kg/m3，若忽略阻力损失，求：U形管两侧指示液的液面之差R为多少mm。,分析:先求水在细管中的流速和1-1与2-2两截面间的压强差；再根据 p1-p2=(指-)Rg 求得U形管两侧指示液的液面差R。,三、流量方程式 1流量 （1）体积流量 ： 符号：qv ，单位：m3/s或m3/h。,（2）质量流量： 符号： qm，单位：kg/s或kg/h。,2

4、流速,或者,即流速与管径的平方成反比,分析:对于刚才的例4，水在细管中的流速可以根据如下公式求算：,例：管路由直径为 573.5mm 的细管，逐渐扩大到 1084mm 的粗管，若流体在细管内的流速为 4m/s。则在粗管内的流速为 。,四、柏努利方程式,1kg：,1N：,柏努利方程 的讨论及分析：,（1）若,且 W功= 0 时,理想流体的柏努利方程,即：理想流体进行稳定流动时，在管路任一截面处流体的总机械能是一个常数 。,（2）若 W功= 0 ；,且,流体自然流动时,即：,流体自发流动时，只能从机械能较高处流向机械能较低处，,（3）若 u1=u2= 0,则,W功= 0,即流体静止时：,流体静力学

5、基本方程式,（4）输送设备的有效功率 单位时间内液体从输送机械中获得的有效能量。,柏努力方程的应用 （1）确定流速及流量 （2）确定液面高度 （3）确定管路中流体的压强 （4）确定输送机械的外加压头 （5）判断机械能转换关系,例4.如图将密度为1840kg/m3的溶液从贮槽用泵打到20m高处。已知泵的进口管路为108mm4mm，溶液的流速为1m/s。泵的出口管路为68mm4mm，损失压头为3m液柱。试求泵出口处溶液的流速和所需的外加压头。,例5、水在如图所示的水平变径管路中作稳定流动，已知粗管内直径为200mm，细管内直径为150mm，水在粗管中的流速为1.5m/s。在粗细两管上连有一U形管压

6、差计，指示液为水银，其密度为13600kg/m3。水的密度为1000kg/m3，若忽略阻力损失，求：U形管两侧指示液的液面之差R为多少mm。,分析:用 求出水在细管中的流速后，在1-1与2-2两截面间列柏努利方程可求压强差，再根据 p1-p2=(指-)Rg 求得U形管两侧指示液的液面差R。,应用柏努利方程时应注意以下各点：,（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围 ； （2）位能基准面的选取必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。,（3）截面的选取与流体的流动方向相

7、垂直；两截面间流体应是稳定连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。 （4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压,柏努利方程式的解题步骤：,（1）做图并正确选取截面； （2）列方程式并简化方程； （3）代入已知条件，求解未知量。,例6 某水塔塔内水的深度保持3 m，塔底与一内径为100mm的钢管连接，今欲使流量为90 m3/h，塔底与管出口的垂直距离应为多少？设损失能量为196.2J/kg。,解:取塔内水面为1-1截面,钢管截面为2-2 面,以钢管水平面为基准面,则有: z1=(x+3)m,u1=0,p1=p2=0(表压),w=0, z2=0,u2=qv/A=9

8、0/(3600x0.12x3.14/4)=3.2m/s, h损=196.2J/kg, 则有(x+3)X9.81=3.22/2+196.2 X=17.52m 答:塔底与管出口的垂直距离应为17.52m.,例7、附图所示为洗涤塔的供水系统。贮槽液面压力为100kPa（绝压），塔内水管与喷头连接处的压力为320 kPa（绝压），塔内水管出口高于贮槽内水面20m，管路为57mm2.5mm钢管，送水量为14m3/h，系统能量损失4.3m水柱，求水泵所需的外加压头。,练习：课本P40 1-7，1-12，1-16,五、流体流动的类型,1雷诺实验,2流动类型及其判定,（1）流体的两种流动类型 层流（或滞流）、

9、湍流（或紊流） 流动类型判定依据雷诺准数 Re2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 2000 Re 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。,第二章,离心泵的工作原理 （1）工作前，先向泵壳内灌满水 （2）启动电机 （3）排液 （4）吸液 （5）气缚现象 特点：无自吸能力,注意:1.离心泵启动时应关闭出口阀,离心泵启动时应 关闭出口阀，为避免电机超载和加大电负荷，待电机运转正常后，再逐渐打开出口阀调节所需流量; 往复泵启动时应打开出口阀。离心泵的流量调节是采用出口阀门调解，往复泵的流量应该用旁路调解。 2.离心泵启

10、动前应向泵内灌液，否则将发生气缚现象。 3.离心泵的实际安装高度不能大于其允许安装高度，是为了避免气蚀现象的发生。,4. 离心泵的扬程是指泵对单位重量液体所提供的有效能量 5. 离心泵效率最高点称为设计点。 6. 通风机性能表上所列出的风压是指全风压。 7. 判断流体流动类型的是Re准数。,重力沉降设备及其生产能力,(1)降尘室,降尘室结构：,第四章 非均相物系的分离,工作原理：,气体入室减速,颗粒沉降的同时并随气体运动,颗粒沉降运动时间气体停留时间分离,降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的含尘气体的体积流量。符号：qv 。,颗粒在降尘室的停留时间：,颗粒沉降到室底所需的时间：,为了满足除

11、尘要求：,降尘室的生产能力,降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度无关,例8:含尘气体通过长4m，宽3m，高1m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s，求降尘室的生产能力。,第五章 传 热,一、传热的基本方式 热传导、热对流、热辐射,二、传热速率方程,无相变：,有相变：,若忽略热损失，则热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量,或,或,三、热负荷和载热体用量的计算,t均的数值与流体流动情况有关。,四、平均温度差,用传热速率方程式计算换热器的传热速率时，因传热面各部位的传热温度差不同，必须算出平均传热温度差t均代替t，即,1.恒温传热时的平均温度差t

12、均=T-t 流体的流动方向对t无影响。,2.变温传热时的平均温度差,（1）单侧变温时的平均温度差,一侧流体变温时的温差变化,式中取t 1t 2取。 t 1和t 2取为传热过程中最除、最终的两流体之间温度差在工程计算中，当 时，可近似采用算术平均值,（2）双侧变温时的平均温度差,工厂中常用的冷却器和预热器等，在换热过程中间壁的一侧为热流体，另一侧为冷流体，热流体沿间壁的一侧流动，温度逐渐下降，而冷流体沿间壁的另一侧流动，温度逐渐升高。,并流：两者平行而同向的流动 逆流：两者平行而反向的流动 错流：垂直交叉的流动 折流：一流体只沿一个方向，而另一流体反复折流。,式中取t 1t 2取。 t 1和t

13、2取为传热过程中最除、最终的两流体之间温度差在工程计算中，当 时，可近似采用算术平均值,A、并流和逆流时的平均温度差,当一侧流体变温而另一侧流体恒温时，并流和逆流的平均温度差是相等的；当两侧流体都变温时，由于流动方向的不同，两端的温度差也不相同，因此并流和逆流时的平均温度差是不相等的。 例9：热流体的温度都是由245 冷却到175，冷流体都是由120 加热到160，分别求在并流和逆流时的平均温度差。,例10.在一套管式换热器中，内管为57mm3.5mm的钢管，流量为2500kg/h，平均比热容为2.0kJ/（kg）的热流体在内管中从90冷却至50，环隙中冷水从20被加热至40，已知传热系数K值

14、为200W/（m2），试求：（1）冷却水用量，kg/h；（2）并流流动时的平均温度差及所需的套管长度，m。,课本练习5-5,练习：5-6、5-9、5-10,五、热传导基本方程,上式称为热传导方程式，或称为傅里叶定律。 把上式改写成下面的形式式中 为导热过程的推动力。为单层平壁的导热热阻。,导热率（导热系数）,W/（mK）或 W/（m)导热系数的意义是：当间壁的面积为1m2，厚度为1m，壁面两侧的温度差为1K时，在单位时间内以热传导方式所传递的热量。 显然，导热系数值越大，则物质的导热能力越强。 各种物质的导热系数通常用实验方法测定。一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较小，而气

15、体的最小。 （1）固体的导热系数 ;（2）液体的导热系数;（3）气体的导热系数例：空气、水、铁的导热系数分别是1、2和3，其大小顺序是 123。,六对流传热方程,工业生产中，沸腾传热应设法保持在核状沸腾区。 自然对流区（AB段） 、核状沸腾区（BC段） 、膜状沸腾区（CD段） 、过渡区（DE段）,七 传热系数,例11.对间壁式换热器，当对流传热系数12时，提高哪一个值对传热更有利？这时壁温接近于1侧还是2侧流体的温度？,例12. 某间壁换热器一侧通过的流体为热水，温度为60、对流给热系数1=250 W/m2，器壁另一侧为空气，温度为16、对流给热系数2=1 W/m2。若要加强传热，采取下列措施之一，（1）1增大1倍；（2）2增大1倍。采取第 措施较好，理由是 。 换热器壁面温度接近 度。,练习P126 5-15P113 例题5-9,第六章 蒸发,蒸发操作:利用加热的方法使溶液中的部分溶剂汽化并不断除去，以提高溶液中溶质的浓度或得到纯溶质的操作.,蒸发过程的实质: 恒温传热.即传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程.,蒸发过程中引起温度差损失的原因有（1）溶液沸点升高（2）液柱静压力 ，（3）管路流动阻力。,