食品工程原理复习资料-重要公式总结

内容第一章流体流动和运输设备第一节流体静力学第2节流体动力学第三节管道流体流动现象第4节流体流动阻力第五节管道计算第6节速度和流量的测量第7节流体运输设备第二章热传递第一节概述第二节热传导第3节对流传热第4节传热计算第五节对流传热系数的关联第6节辐射传热第7节热交换器第四章异质材料的分离第一节概述第二节颗粒沉降第三节过滤第四节过程强化与展望第五章烘干第一节概述第2节湿空气的特性和湿度图第三节干燥过程中的物料平衡和热量平衡第4节干燥速率和干燥时间第五节烘干机第6节工艺改进和前景第1章流体流动和运输设备第一节流体静力学流体静力学主要研究流体静止时各种物理量的变化规律。1-1-1密度单位体积流体的质量称为流体密度。液体密度一般来说，液体可以看作是不可压缩的流体，其密度基本上不随压力而变化，但随着温度的变化，这种变化关系可以在手册中找到。液体混合物的密度通过以下公式计算：其中，是液体混合物中组分的质量分数；气体密度气体是可压缩流体，当压力不太高、温度不太低时，可以根据理想气体状态方程进行计算通常，手册中的气体密度是在一定压力和温度下的值。如果条件不同，需要转换该值。气体混合物的密度通过以下公式计算：其中，是气体混合物中组分1的体积分数。或者其间公式中显示了气体混合物中各组分的摩尔分数。对于理想气体，摩尔分数y等于体积分数。1-1-2压力流体垂直作用在单位面积上的力称为流体的静压力，也称为压力。在静止的流体中，作用在不同方向上任何一点上的压力值是相同的。压力单位(1)根据压力的定义，其单位为N/m2，或pa；(2)用液柱高度表示，如米水柱或毫米水银柱等。标准大气压的换算关系：1atm=1.013105 pa=760 mHg=10.33m H2O压力的表达表压=绝对压力-大气压力真空=大气压力-绝对压力1-1-3基本流体静力学方程静力学基本方程：压力模式能量形式适用条件：重力场中同类静态和连续不可压缩流体。(1)在重力场中，静态流体中任一点的静压力与该点的垂直位置和流体密度有关，而与该点的水平位置和容器的形状无关。(2)在同一种静态连续液体中，同一水平面上所有点的压力在任何地方都是相等的。当液面以上的压力变化时，液体内部各点的压力也会相应变化。(3)物理意义：静力学的基本方程反映了静态流体中能量守恒和能量转换之间的关系。在同一种静态流体中，不同位置的势能和静压能是不同的，可以相互转换，但两种能量之和是不变的。应用：1.压力和压差的测量(1)U形差压计如果测量的流体是气体，它可以简化为U形差压计也可以测量流体的压力。测量时，U形管的一端与被测点相连，另一端与大气相通。此时，测量流体的表压或真空度。(2)倒U形差压表(3)双液U型管差压计2.液位测量3.液封高度的计算第2节流体动力学1-2-1流体的流速和速度I .流量体积流量与单位时间内流经管道任何部分的流体体积的关系，m3/s或m3/h每单位时间内流过管道任何部分的流体的质量流量，kg/s或kg/h。第二，流量平均流速u是单位时间内流体沿流动方向流动的距离，m/s。质量流量G单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，kg/(m2s)。相互关系：mS=GA=d2G/4VS=uA=d2u/4质量流量mS kg/s mS=VS体积流量VS m3/s质量流量G kg/(m2s)(平均)流速，单位为米/秒，G=u1-2-2定常流和非定常流在流体流动系统中，如果每个部分的物理量如温度、压力和流速只随位置而变化，而不随时间而变化，这种流动称为稳态流动。如果每个截面上流体的相关物理量随位置和时间而变化，则称之为不稳定流。1-2-3稳态流动系统的质量守恒连续性方程=常数(不可压缩流体)圆管1-2-4稳态流动系统的机械能守恒伯努利方程实际流体的伯努利方程基于单位质量的流体：J/kg基于液体的单位重量：J/N=m适用条件：(1)两段之间流体的连续稳定流动；(2)适用于不可压缩的流体，如液体；对于气体，时间可以通过两个截面的平均密度m来计算。二、理想流体的伯努利方程理想流体是指没有粘性的不可压缩流体(即流动中没有摩擦阻力)。结果表明，理想流体在任一截面上的总机械能和总压头在流动过程中都是恒定的。三。关于伯努利方程的讨论(1)当系统中的流体静止时，伯努利方程变为上述公式是基本的流体静力学方程。(2)在伯努利方程中，zg、分别代表某一截面上单位质量流体的势能、动能和静压能；We和 wf指两个部分之间单位质量流体获得或消耗的能量。输送机械的有效功率：输送机械的轴功率：4.伯努利方程的应用伯努利方程应用中应注意的问题：(1)截面选择所选部分应垂直于流体的流动方向，两部分之间的流体应为稳定的连续流动。截面应选择在已知量大、计算方便的地方。横截面的物理量都取横截面的平均值。(2)参考电平的选择参考电平可以任意选择，但必须与地面平行。为便于计算，宜选择两段中较低的一段作为参考水平面。如果截面不是水平的，而是垂直于地面，参考平面应为管道中心线的水平面。(3)计算中应注意所有物理量单位的一致性，以及压力表达方法的一致性。第三节管道流体流动现象1-3-1流体的粘度首先，牛顿粘性定律牛顿粘度定律说明了流体层之间的内摩擦或剪切应力与流动中的法向速度梯度之间的关系，其表达式为或者牛顿粘度定律适用于层流。粘度是测量流体粘度的物理量，通常由实验确定。物理意义：流体被迫在垂直于流动相的方向上产生单位速度梯度时的剪应力。单比特：Pas，cP 1cP=10-3 Pas影响因素：温度和压力液体：T不考虑p的影响。气体：T一般情况下，工程计算中不考虑P的影响。剪切应力和速度梯度之间的关系符合牛顿粘度定律的流体称为牛顿流体。不符合牛顿粘度定律的流体称为非牛顿流体。运动粘度是粘度与密度之比，单位为m2/s，也是流体的物理性质。1-3-2流体的流动模式一、流体流动类型层流(或滞流)流体颗粒仅沿平行于管道轴线的方向直线运动，流体被分成若干层平行向前流动，颗粒不相互混合；湍流(或湍流)流体颗粒不仅沿管轴方向向前流动，而且具有径向脉动。每个粒子的速度在大小和方向上随时都在变化，粒子相互碰撞和混合。二、流型准则雷诺数(1-28)Re是无量纲的，是流体流动类型的标准。(1)当Re2000时，流动为层流，称为层流区；(2)当Re4000时，一般会发生湍流，这一区域称为湍流区；(3)当雷诺数为2000 4000时，流动可能是层流或湍流，称为不稳定过渡带。根据雷诺数将流动分为三个区域：层流区、过渡区和湍流区，但只有两种流动：层流和湍流。雷诺数的物理意义：表示流体流动中惯性力和粘滞力的对比，反映流体流动的湍流程度。1-3-3流体在圆管中的速度分布一、层流中的速度分布实验和理论证明，层流中的速度分布是抛物线型的，管中心的速度最大，管壁的速度为零。管段上的平均速度和中心最大速度之间的关系为二。湍流中的速度分布湍流中的速度分布由实验确定。管中心区域的速度最大，管壁处的速度为零。管段的平均速度和中心区域的最大速度之间的关系是第三，层流内层的概念当流体在管道中处于湍流状态时，由于流体的粘性和壁面的限制，在壁面附近仍有一薄层流体以层流流动，称为层流内层(或层流底层)。层流内层是传递过程中的主要阻力。它的厚度与流体的湍流度有关。流体的湍流度越高，层流内层越薄。层状内层只能变薄，但不能消失。第4节流体流动阻力1-4-1流体在直管中的流动阻力一、直管阻力的一般公式范宁公式的几种形式：能量损失压头损失压力损失第二，层流的摩擦系数层流中的摩擦系数是雷诺数Re的函数直管内流体层流能量损失的计算公式为或哈根-泊肃叶方程结果表明，层流中的阻力与一阶速度成正比。3.湍流中的摩擦系数维度分析的主要步骤(1)通过初步实验和系统分析，找出影响过程的主要因素；(2)通过无量纲化处理，将影响因素组合成几个无量纲频率组，减少变量数量和实验工作量；(3)建立过程的无量纲数群关联(通常以幂函数的形式)，并通过实验确定关联中的各待定系数。维度分析的基础：维度一致性，即每个物理方程的两边不仅应该有相等的值，而且每个项目应该有相同的维度。维度分析的基本定理：如果影响某一物理现象的自变量的个数是n，并且这些变量的基本维度是m，那么该物理现象可以用n=(n-m)个独立的无量纲数组来表示。摩擦系数是雷诺数和湍流中相对粗糙度的函数；-重图：(1)层流区域Re2000 =64/Re，独立于Wf，hf u1(2)过渡区2000 Re 4000 =f(Re，)(3)湍流区Re 4000 =f(Re)，Wf，hf u12(4)全湍流区的Re c =f()与re Wf、hf u2无关(电阻平方面积)(虚线上方)四.非圆管中的流动阻力此时，