中南大学化工原理上册复习

1、第一章主要内容流体的基本概念 流体静力学方程及其应用柏努利方程及机械能衡算式 边界层及流动阻力的计算 管路的设计型及操作型计算 流速及流量的测量设备本章重点：流体流动过程中的质量流及能量流的变化规律，即流体流动中的连续性方程及能量衡算方程。并运用这些基本理论去分析和解决流体的输送问题。其它单位及换算mmHgcmkgfatm760/033. 112PabarOmH52100133. 10133. 133.10mmHgcmkgfat6 .735/112PabarOmH4210807. 99807. 010工程上，将 近似看作为一个大气压，称为 一工程大气压2/1cmkgf绝对压强、表压强和真空度的

2、关系大气压随着大气温度和所在地的海拔高度而改变，所以，绝对压强是唯一的，相对压强是会变化的。 AB真空度绝对压强绝对压强表压强大气压线绝对零压线问答当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_ _mmHg, 真空度为_mmHg。答案当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_ 850_mmHg, 真空度为_-100_mmHg。压强其它表示方法基 准：绝对真空(零压)和大气压强绝对压强：以绝对真空(零压)为基准量得的压强。相对压强：以大气压强为基准量得的压强，表示为表压或真空度。表压=绝对压强大气压强真空度=

3、大气压强绝对压强= 表压流体静力学基本方程式 Hydrostatic Equations of Fluid gpph0)(2112zzgppghpp0hp01-2-3 连续性方程sVuA1122=u A u A24Ad22112244udud22112udud柏努利(Bernonlli) (Bernonlli) 方程式讨论单位重量流体所具有的能量N.m/N=m式两边同时除以g fehpugZWpugZ2222121122feHgpguZHgpguZ2222121122提供的有效压头。则称为输送设备对流体头与压头损失，分别称为动压头、静压与、efHHgpguZ22(单位为m)式中每一能量项的单位

4、为J/。 牛顿粘性定律SyuFSyuFyuSFdydudydu（1-26a)雷诺准数、当Re2000，必定出现层流，称为层流区；、当Re4000，必定出现湍流，称为湍流区；、当2000Re4000，或出现层流，或出现湍流，依赖于环境,此为过渡区；、从高流速至低流速或从低流速到高流速时过渡点Re不同。duRe无因次1-3-5 边界层的概念边界层的分离1-4-1流体在直管中的流动阻力dlhf422422udluhf28u22udlhf22ffluphd(范宁公式,适合于滞流和湍流)园管中的稳态滞流Lprurruuii4,)(12max2max21maxuudAAuAb7/1max)(1irruu光

5、滑管湍流：湍流层流2 (1-45)8bpuRL滞流的摩擦系数2 (1-45)8fbpuRL232 (1-46) (Hagon-Poiseuille fLupd公式）21-432ffluphd与（）比较：646464 1-47Redudu=（）问答因次分析 Dimensional analysisimensional analysis因次分析法可将几个变量组合成一个无因次数群，它提供了减小变量数的有效手段。例如Re数就是由d、u、和四个变量所组成的无因次数群，这样用无因次数群代替个别变量进行实验。数群的数目总是比变量的数目少。实验次数就可大大减少，关联数据的工作就会有所简化。因次一致性原则和定理

6、因次一致性原则：任何物理方程的等式两边或方程中的每一项均具有相同的因次。 定理：任何因次一致的物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函数。即： f(1、2、3、i)=0 无因次数群1、2、3、i的数目i等于原方程的变量数n减去基本因次数m，即： i=n-m 2012lua等加速度 物体在 内走过的距离：摩擦系数与Re及相对粗糙度关系滞流区：Re2000过渡区：Re=20004000湍流区： Re4000流体在非圆形直管内的流动阻力水力半径（润湿周边长）（流通截面）ArH442dddArHHrd4（1-59) 当量直径为水力半径4倍计算非圆形管滞流时的流动阻力时须对作修正: ReC)Re64(问

7、题10.某长方形截面的通风管道, 其截面尺寸为3020mm,其当量直径de为_。套管由572.5mm和252.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_，润湿周边等于_，当量直径等于 _。答案10.某长方形截面的通风管道, 其截面尺寸为3020mm,其当量直径de为_24mm_套管由572.5mm和252.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_1633mm2 _，润湿周边等于_242mm _，当量直径等于_27mm _。1-4-2 管路上的局部阻力阻力系数法22uhf22upf克服局部阻力引起的能量损失可表示为u2/2的函数：（）管路系统的总能量损失22udllhef第二章 复习要点了解流

8、体输送机械的作用原理、简单结构、主要性能参数、选型的依据及使用注意事项。要求能根据生产任务的要求和管路特性选择合适的输送机械，并能正确安装使用。重点是掌握离心泵的基本结构、工作原理、主要特性参数、特性曲线及其应用、流体调节、串并联特性、泵的安装、操作注意事项及选型等；气缚现象不灌液，则泵体内存有空气，由于 空气液， 所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液目的。离心泵的主要性能和特性曲线流量Q（L/s,m3/h)转速n压头H:泵对单位重量的液体所提供的有效能量，m液柱。效率（一般为50-70%）:泵轴通过叶轮传给液体能量的过程中的能量损失。容积损

9、失V ：泄漏引起；机械损失m ：轴、添料等机械摩擦引起；水力损失h ：流体粘性、产生旋涡引起的（随流量变化）。 V m h 有效功率和轴功率电机轴泵流体轴功率：泵轴所需功率N=Ne/；有效功率：液体从叶轮获得的能量 Ne=HQg；电机功率轴功率有效功率离心泵的特性曲线HQ，QH，呈抛物线H=ABQ2NQ，QN，当Q=0，N最小Q，Q先后，存在一最高效率点，此点称为设计点。工作范围（高效率区）泵的最佳工作参数功率（铭牌所标值） 有效功率和轴功率102010018 . 9QHQHN离心泵的轴功率用kW来计量：（2-14）离心泵的改变与换算液体物性的影响；密度的影响；粘度的影响。离心泵转速的影响；离

10、心泵叶轮的影响。离心泵转速n的影响n变化，导致速度将发生变化，H，Q和N也发生变化nnQQ2)(nnHH3)(nnNN转速变化小于20%时，不变。气蚀现象离心泵的吸入高度 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度。是指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以符号Hg表示。在0-0面与1-1面列柏努力利方程：20110 12gfppuZHHgg010 ; (gappHppg大气压）离心泵的吸入高度若输送其它液体,（操作条件改变）：当地气压流体饱和蒸汽压密度gppHs10气蚀余量（Net Positive Suction Head）gpgugphv2211（2-24）为防止气蚀现象发生

11、离心泵入口处，液体的静压头与动压头 之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸气压头 某一最小值：gp1gu221gpvu1,p1入口处速度和允许最低压强1021102fgHgugppH离心泵的允许吸上高度（Hg）10,0fvgHhgpgpHk-k离心泵的允许吸上高度Hg：20110 120110 122gfvvfppuHHgggppppuHggggg离心泵的工作点2BQKHe离心泵特性曲线管路特性曲线工作点H=ABQ2组合方式的选择对于低阻管路，采用并联；对于高阻管路，采用串联；第三章 复习重点内容重力沉降的基本原理，重力沉降速度的定义及其计算，降尘室的工艺计算；离心沉降的基本原理，离心沉降速度及

12、其计算，旋风分离器的特点及计算；过滤操作的基本原理，恒压过滤方程式及其应用，过滤常数的计算方法，常用过滤机的结构、操作及洗涤特点、相关计算；固体的流态化过程，流化床的类似液体的性质；流化床的类型；流化过程的阻力变化。 气力输送的特点。球型颗粒与非球型颗粒的表征2dS表面积 （m2）pesSd表面积当量直径36dV36peVd 体积 ( m3 ）等体积当量直径比表面积为: a=s/v=6/d （ m2/m3=1/m）pesad6比表面积当量直径形状系数spsSS与该颗粒体积相等的园球的表面积该颗粒的表面积对于同样体积，球形表面积最小；任何非球形颗粒的s1,当颗粒为球形时，s=1；球形度值越小，颗

13、粒形状与圆球的差异愈大。颗粒床层的特性床层的比表面积ab （ab=s/vb） ab=（1- ）asb1sb )1 (a 颗粒比表面积: a=s/v=6/d D6 (3-7a)bbsad重力沉降重力沉降 球形颗粒的自由沉降 任一颗粒的沉降不因流体中存在其它颗粒而受干扰。即颗粒彼此间相互独立，互不影响。 gdFsg36重力：gdFb36浮力：22uAFd阻力：maFFFdbg根据牛顿第二定律：球形颗粒的自由沉降ddududgdss32236)2(4)(64()3stgdu终端速度：tuut曳力系数（对于球性颗粒）Rep 分为三个区：10-4Re1 stokes或滞流区， =24/Ret ， 直线段

14、 1Re103 Allen或过渡区， =18.5/Ret 0.6 ， 直线BC段103Re2105 Newton湍流区， =0.44 ， CD段沉降速度18)(2gdust5 . 0Re)(27. 0tstgdugdust)(74. 1stokes或滞流区（斯托克斯公式）：Allen或过渡区(艾仑公式):Newton湍流区（牛顿公式）：与粘度有关降尘室有关计算t 时，颗粒能从气流中分离出来。 tluHu多层：tsblunV) 1( （3-22）垂直方向上，颗料沉降至室底所需时间为:t=H/ut 水平方向上，气体通过降尘室的时间为:, =suuVlHb 3-22stVblu（）Hl生产能力只与沉

15、降面积生产能力只与沉降面积bl和和ut有关，与有关，与H无关无关离心沉降依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程RudFTs2316惯性力：RudFT2326向心力：24223rudF阻力：Rut02466222323rTTsudRudRud达到平衡：离心沉降与重力沉降离心重力24 ()3sTrduuR3)(4gdust沉降速度:力场强度:RuT2g层流时：22()18sTrduuR18)(2gdust分离因素:cTtrKgRuuu2（旋风和旋液Kc=52500)问答在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s。当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数 为 。57旋

16、风分离器性能临界尺寸；分离效率；压强降。过滤方式恒压过滤恒速过滤先恒速后恒压过滤()()()eeedVppA pAdrLrLr LLrv VV（3-41）LLe3-3-3恒压过滤 eeVVqqAA令及（单位时间、单位过滤面积获得滤液体积）)()(2222eeeeeKqqKqqqKq（3-49a)（3-50a)（3-51a)K为过滤常数，由物料性质和过滤压强差所决定。e、qe是反映过滤介质阻力大小的常数，称为介质常数。三者总称为过滤常数。当过滤介质阻力可忽略时：22KAV3-3-5 过滤常数的测定)()(2eeKqq恒压下：Kddqqqe)(2微分后：22 3-57edqqdqKK（）eqKqK

17、q22写成增量形式：斜率截距i v q=v/A120 50 2 板框式压滤机过滤阶段板框式压滤机洗涤阶段对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼可压缩，则过滤速率增大为原来的 倍。 四流体通过流化床的阻力 AB段:u较低，床层静止不动，AB段的压降可用欧根公式计算，误差不大于25%（P186); BC段:床层p恰等于单位面积床层净重力时，流体在垂直方向上作用力刚好把全部床层颗粒托起，此时，床层变松并略有膨胀，但固体颗粒仍保持接触而没有流化;CD段：颗粒被托起，床层高度随u而，但p 不变=净重力，流化床阶段的 p u关系如图中所示；返回：若u 继续，床层 p不再沿CBA折线变化，而是沿 CBA线

18、变化。AB 与 BA比较，u 相同时，p较低 ，这是因为床层曾被吹松，它比从未被吹松过的固定床具有较大的空隙率。气体输送阶段固定床阶段流化床阶段实际流化床的特性出现“驼峰”，因为固定床颗粒之间相互紧靠因而需要较大的推动力才能使床层松动，直至颗粒松动到刚能悬浮时，P 即出现“驼峰”降到水平阶段DE；第四章 复习重点对流传热过程的基本概念、定律、传热速率方程；管内强制湍流流动时表面传热系数的经验关联及影响因素；总传热速率方程以及传热过程的计算。 付立叶定律ntdSdQntdSdQ或：（4-5）负号表示热流方向总是与温度梯度方向相反：导热系数（W/(m.）单层平壁的热传导dxdtSQ)(21ttSb

19、QRtSbttQ)(21采用平均值计算)(21RtbttqSQ导热速率与导热温差及热阻的关系 过程的阻力过程的推动力过程传递速率 Rt导热阻力导热温度差导热速率多层热传导稳定导热时，通过各层的稳定导热时，通过各层的导热速率相等：导热速率相等：Q Q1 1=Q=Q2 2=Q=Q3 3=Q=Q343323221211)()()(bttSbttSbttSQ多层热传导对于n 层：单层圆筒壁的热传导LrrrrrLSmm2ln)(21212平均面积：1212ln)(rrrrrm其中：12121212ln22ln)(2SSSSLrLrrrLSm或多层圆筒壁的热传导32141333222111321RRRtt

20、SbSbSbtttQmmm以三层为例：12121ln)(2rrrrLSm式中23232ln)(2rrrrLSm34343ln)(2rrrrLSm34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQ（4-20）对流传热机理靠近壁面存在滞流薄层，以热传导传递热量，温度梯度大，热阻很大；在湍流主体，流体宏观混合，以对流传递为主；在湍流主体和滞流层之间存在缓冲层，传热包括对流和导热。对流传热速率方程推动力系数过程的阻力过程的推动力过程传递速率dSTTaadsTTdQww)(1（4-23）牛顿冷却定律，为局部对流传热系数（W/m2）总传热系数K0与对流传热系数 )11(1100000bdb

21、dddKimii 1 10bi01K12120lnttttSKQ能量衡算)()(1221ttcWTTcWQpccphh若换热器中两流体无相变：若换热器中热流体有相变（如饱和水蒸气）：)(12ttcWrWQpcch)()(122ttcWTTcrWQpccsphh若换热器中热流体有相变，且冷凝液温度低于饱和温度时：4-4-4 传热单元数法传热单元数法(又称热效率又称热效率-传热单元数法传热单元数法,即即 -NTU法法)一、传热效率一、传热效率实际传热速率和理论上可能的实际传热速率和理论上可能的最大传热速率之比最大传热速率之比.maxQQ 1. 定义定义:2. : 用最大可能的流体温度变化量来计算用最大可能的流体温度变化量来计算maxQ)tT()WC(Q11minPmax WCP称为流体的称为流体的热容量流率热容量流率, 下标下标min表示两流体中热容量流率表示两流体中热容量流率较小者较小者, 并将此流体称为并将此流体称为最小值流体最小值流体.3. 热效率表达式热效率表达式:若热流体为最小值流体若热流体为最小值流体:若冷流体为最小值流体若冷流体为最小值流体:112111Phh21PhhhtTTT)tT(CW)TT(CW 111211Pcc12PccctTtt)tT(CW)tt (CW 可见可见: 若能得出热效率若能