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1、绪论1、单元操作的分类单元操作按其理论基础可分为下列三类：(1)流体流动过程：包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。(2)传热过程：包括热交换、蒸发等。(3)传质过程：包括吸收、蒸储、萃取、吸附、干燥等。上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论”。2、单元操作与三传理论的关系(简答)：动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡是遵循流体流动基本 规律的单元操作，到可以用动量传递的理论去研究。热量传递：物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。凡是遵循传热基本规律的单元操作，到可以用热 量传递的理论去研究。质量传递：两相间物质的传递过程即为质量传递。凡是
2、遵循传质基本规律的单元操作，到可以用质量传递的理 论去研究。3、食品工程的几个概念单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。本课程中，各单 元操作的计算、设备的选型等工作都将围绕上述五个方面进行，并以最优经济效益作为最终的设计方案。例题0-3流体流动1、流体：概念：在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如气体和液体。特征：具有流动性。即(1)抗剪和抗张的能力很小；(2)无固定形状，随容器的形状而变化；(3)在外力作用下其内部发生相对运动。2、常用单位换算关系：1 标准大气压(atm)=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm
3、2(bar,巴)=10.33mH 2O=760mmHg压力可以有不同的计量基准。3、流体静压强：(1)绝对压力(absolutepressure)：以绝对真空(即零大气压)为基准。(2)表压(gaugepressure)：以当地大气压为基准。它与绝对压力的关系，可表示为：表压=绝对压力大气压力(3)真空度(vacuum):当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压的数值，即：真空度=大气压力-绝对压力注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说明时均可按标准大气压计算。测定压力7、流量:当时当地大气压(1)体积流量(V,m3/s):单位端 勺流体流经冲任一截面的柳为令)称为体积流
4、量，qm表示，其单位为m3/s。(2)质量流量(G,kg/s):单位时间勺流体流经水道任一截面的质量，称为质量流量，以芟%v表而他用位为kg/s。体积流聂与质量流量之间的关系为:8、流速:(a)(1)平均流速:一般以管道截面枳除体枳流量所得日勺值，继祠痂花琳在管适用日勺速度。 此种速度称为平均速度, 简称流速。u= qv/A(2)质量流速与平均流速及流量的关系关系为图绝对压力、表压和真空度的关系G=qm/A= p Au/a= p u式中A 管道的忖硼U定皿 大气压(b)测定压力 大气压 9、管道直径的估算0.785u“ 24d 0.785d0.53m/s。气体为若以d表示管内径，则式 u=qv
5、/A可写成即：注：流量一般为生产任务所决定，而合理的流速则应根据经济权衡决定，一般液体流速为1030m/s。某些流体在管道中的常用流速范围，可参阅有关手册。10、连续性方程：在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之亦然。对于圆形管道，有4d；ui7d；u2 即：=（给2式中di及d2分别为管道上截面1和截面2处的管内径。上式说明不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的 平方成反比。11、柏努利方程式（能量方季）：公式：gz+/+u7=常数上式称为柏努利方程式（能量方程）故又称上式为理想液体柏努利方程式。实际能量衡算的公式:22n u 2n u
6、2p uPo un1u1n2 u2gz1 +-p + +We = gz2 +-p + +Z hf 或 z1 +, + 而+ He = z2 +, + 对+ Hf（2）柏努利方程式的物理意义：gz为单位质量流体所具有的位能；（Z为位压头）p/ p为单位质量流体所具有的静压能；（p/P g称为静压头）u2/2为单位质量流体所具有的动能（u2/2g为动压头）；因质量为m、速度为u的流体所具有的动能为 mu2/2。由此知，式中的每一项都是质量流体的能量。位能、静压能及动能均属于机械能，三者之和称为总机械能或总 能量（z+p/ p g+u2/2g为总压头）。各种形式的能量可以互相转换，从而维持流程不同截
7、面上的总机械能相等。例题1-7（3）用柏努利方程式解题时的注意事项：a、选取截面：连续流体；两截面均应与流动方向相垂直。强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点 和终点的相应截面，因为起点和终点的已知条件多。b、确定基准面：基准面是用以衡量位能大小的基准。c、压力柏努利方程式中的压力p1与p2只能同时使用表压或绝对压力，不能混合使用。d、外加能量外加能量 W在上游一侧为正，能量损失在下游一侧为正。应用式计算所求得的外加能量W是对每kg流体而言的。若要计算的轴功率，需将 W乘以质量流量，再除以效率。12、牛顿粘性定律（填空）流体流动时产生内
8、摩擦力的性质，称为粘性。式中科为比例系数，称为粘性系数，或动力粘度（工=Pa=1000cP）,简称粘度。式所表示的关系，称为牛顿 粘性定律。剪切力与速度的关系完全符合牛顿黏性定律的流体称为牛顿流体。13、流体流动状态类型层流或?t流（Rew 2000）:当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间 没有迁移，互不混合，整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动。湍流或紊流（Re4000）:当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点的运动速度在 大小和方向上都会发生变化，质点间彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为湍流或紊流。过渡流（2000400
9、0）：流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情 况有关。过渡流不是一种流型。影响流体流动类型的因素：流体的流速u;管径d;流体密度p ;流体的粘度 科。u、d、p越大，科越小，就越容易从层流转变为湍流。上述中四个因素所组成的复合数群dup/科，是判断流体流动类型的准则。这数群称为雷诺准数或雷诺数（Reynoldsnumber）,用Re表示。14、流体在圆管内的速度分布速度分布：流体流动时，管截面上质点的轴向速度沿半径的变化。流动类型不同，速度分布规律亦不同。由实验可以测得 层流流动时的速度分布，如图所示。a、速度分布为抛物线形状。b、管中心的流速最大；c、速度向
10、管壁的方向渐减；d、靠管壁的流速为零；e、平均速度为最大速度的一半。15、管路系统 组成：由管、管件、阀门以及输送机械等组成的。作用：将生产设备连接起来，担负输送任务。表示方法：（f）AXB,其中A指管外径，B指管壁厚度，如4 108X4即管外径为108mm，管壁厚为4mm。直管阻力：或沿程阻力。流体流经一定直径的直管时所产生的阻力。局部阻力：流体流经管件、阀门及进出口时，由于受到局部障碍所产生的阻力。总能量损失：为直管阻力与局部阻力所引起能量损失之总和。管件：管与管的连接部件。作用：改变管道方向（弯头）;连接支管（三通）;改变管径（变形管）；堵塞管道（管堵）。阀门：常见的阀门种类有截止阀（调
11、节流量） 、闸阀（调节流量）、止逆阀（只允许流体单方向流动）输送机械：常用的输送机械有泵和风机，泵常用于输送液体，风机用于输送气体。1流体在直管中的阻力层流时的直管阻力达宁-范西公式式中：九一摩擦系数，尸64/Re2圆迎九u2P _ 32 出 hf 一 一 白流体流经管件的，其速崛夹小、方向等发生变化，出现漩涡，内摩擦力增大，形成局部阻力。局部阻力以湍流为主，层流很少见，因为层流流体受阻后一般不能保持原有的流动状态。由局部阻力引起的能耗损失的计算方法有两种：阻力系数法和当量长度法。2.1 阻力系数法.u2hf局所阻2数。由实验得出，可查表或图。常见局部阻力系数的求法：1） .突扩管和突缩管2）
12、.进口禾而t（豆）=（1进口：容器进入管道， 出口：管道进入容器，A 2一屋）突缩。A小/A大之0,然0.5突扩。A小/A大之0,，51.0le的2.2 当量长度法.3le u2le为当量长度。将流体流经管件时，所产生的局部阻力折合成相当于流经长度为hf d 2直管所产生的阻力。3管道总阻力hf八hf直hf局例题1-11流体输送机械1、常用的流体输送机械输送液体：泵；输送气体：风机、压缩机、真空泵。叶轮蜗牛形通 道；叶轮 偏心放； 可减少能 耗，有利3、泵的分类叶片式泵：有高速旋转的叶轮。如离心泵、轴流泵、涡流泵。往复泵：靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。泵壳旋转式泵：靠旋转运动的
13、部件推挤液体。如齿轮泵、螺杆泵等。4、离心泵的结构和工作原理（简答）结构：离心泵的主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。工作原理：叶轮旋转时叶片将机械能转化为液体的动能，在离心力的作用下液体从叶轮中心沿半径方向流向外周，因流道的截面积逐渐变大，部分动能就转化为压力能，达到液体输送的目的6、气蚀现象（名词解释）气蚀：当进口的压力等于或小于环境温度下液体的饱和蒸气压时，就会有蒸气从液体中大量逸出，形成许多蒸 气和气体混合的小气泡。这些小气泡随液体流到高压区时会受压破裂而重新凝结。在凝结的瞬间，质点 相互撞击，产生很大的局部压力，使气泡将以很高的速度打击离心泵的金属叶片，对叶片造成损伤，这 种现象称为气蚀
14、现象（名词解释）7、离心泵的主要性能参数：离心泵的主要性能参数 有流量、扬程、功率和效率（1）流量Q （ L/ s或m3/h）:泵的流量（又称送液能力）是指单位时间内泵所输送的液体体积。（2）扬程H,米液柱：泵的扬程（又称泵的压头）是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。注：离心泵压头的大小取决于泵的结构（如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等）、转速及流量。（3）效率刀：流体在泵内的流动时会产生各种损失，其中主要有容积损失、水力损失和机械损失三种。（4）有效功率Ne:为流体所获得的实际功率。Ne=QH pg （ Q-泵的流量（m3/s） H-泵的压头或扬程（m）轴功率：泵轴所获得的功率。N=Ne/
15、 y8、离心泵的特性曲线：特性曲线：在固定的转速下，离心泵的基本性能参数（流量、压头、功率和效率）之间的关系曲线。注：特性曲线是在固定转速下测出的，只适用于该转速，故特性曲线图上都注明转速n的数值。有三种：H- Q曲线N Q曲线刀一Q曲线9、离心泵的安装高度例题 2-2为避免发生气蚀现象，应限制pl不能太低，或Hg不能太大，即泵的安装高度不能太高。安装高度Hg的计算方法一般有两种：汇Hf一进口管阻力；Hs一允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出11、离心泵的工作点当离心泵安装在一定的管路系统中工作时，其压头和流量不仅与离心泵本身的特性曲线有关，而且还取决于管路的特性曲线有关。注意：管路特性曲线的形状与管路布置及操作条件有关，而与泵的性能无关。（2）工作点离心泵的特性曲线H Q与其所在管路的特性曲线H eQe的交点M称为泵在该管路的工作点。 工作点所对应 的流量Q与压头H既是管路系统所要求，又是离心泵所能提供的；若工作点所对应效率是在最高效率区，则该
