化工基础(第三版)期中复习要点

第二章：流体的流动和输送

1、掌握压强的三种表示方法、流体静力学基本方程及其应用；

2、理解定态流动与三淀态流动的概念，掌握流量与流速的求法、熟练掌握连续

性方程、柏努利方程；

3、了解流体流动的类型、各流型的特点及区别，学会用雷诺米数判断旌，理

解边界层的概念；

4、掌握阻力损失及其计算方法，了解流量测量的方法，掌握测速管、孔板流量

计、文丘里流量计和转子流量计的工作原理；

5、掌握离心泵的工作原理，了解其主要部件及操作方法，重点掌握离心泵的主

要性能参数和特性曲线；了解往复泵、旋转泵和旋涡泵及常用气体输送和压缩机

械的结构和工作原理。

表压力=绝对压力-大气压力

真空度=大气压力-绝对压力

绝对压力=大气压力-真空度

流体静力学基本方程：流体密度为常数、积分范围内的流体只有一种且连续:

压差变化较小时，气体也可近似使用静力平衡方程；

n=Pi+/^Z—z2)

Pl-P\=Xp=p）g（H「Ha）△夕=PjgbR

=（P「P）gAR

应用：微差压力计：管内盛放两种密度不同并互不相溶的且有明显分界面的液体；管上端有

扩张的空间，一定范围内保证轻液体的上液面无显著变化；主要用于测

定气体系统的压力差。

U管压力计：若U管的一端与被测流体连接，另一端与大气相通，此时读数即为被

测流体的表压。

港压计：利用同一液面高度相同时压力相同。

定态流动：任一截面上流体的性质（如密度、粘度等）和流动参数（如流速、压力）不随时

间而变化。

三流态澎h：任一截面上流体的性质（如密度、粘度等）和流动参数（如流速、压力）随时

间而变化。

仆］="2巧_d；

qm\=qm>二为2y202v24

22

氏+型+互=H-i——+4

2gpg-2gPg

%+支+为+凡=区+江+互

2gpg2gpg

22

〃0+工+乡+/=凡+^-+且+^

2gpg2gpg

<1）方程使用条件：连续系统，定态流动，不可压缩性流体。

（2）对于气体，当压强变化巧二红s20。对公式仍适用。计算时只需将气体的密度用平均

密度代替即可。3

J"P=PK

Pm2RT

应用柏努利方程与连续性方程解题的要点：

<-）画示意图，标明淙动方向'_

<-）迭截面

选取截面是为了确定能里的衡茸范困。

1、需求取的未知里必须在截面上或两截面间，且已知里尽里多；

2、流动方向与截面相垂直；

3、以上游为1一1・，下游为2-2%把所选截面标在图上；

4、截面不要选在转弯处或直径突变处。

<H>选水平基准面

流体的位头是由它所处的位置距水平基准面的高度而定，在能里

衡算中，须求取的是流动系统中两截面间的位头差。

1、水平基准面的高度可以任意选取，但必须与地面平行。

2、截面位置在水平基准面的上方，其位压头为正，反之为负。

3、把所选基准面标在图上。g俎蠢恃善级一（£|制）

滞流（或层流）：流体质点作一层滑过一层的位移，层与层之间没有明显干扰的

流动形态。紧靠管壁的流体流速等于零，管中央的流速最大，

管中的流体的平均流速为最大流速的0.5

湍流（或紊流）：流体质点有剧烈的波动，一层滑过一层的粘性流动基本消失，

并形成漩涡向四周散开的流动形态。接近管中央相当范围的流

体流速接近最大流速。管内流体的平均流速为管中央最大流速

的0.8左右。

雷诺实验发现，流体的流动形态与平均流速v、流体的粘度以、流体的密度P

和管道的直径d有关。通过实验，将四个物理量归纳为一个无量纲的复合数群，

称为雷诺邮

Re<2000时，流体在平滑管内的流动为层流。

流体流速呈抛物线分布，管壁至管心逐步增大，接近管中央的流速最大，平均流

速为0.5vmax。

临界流速：选定Re=2000为层流转变的临界值，此时对应的流速。

2000<Re<4000,流动形态为层流向湍流转变的过渡态

Re>4000时，流体流动形态为湍流。

区别点层流湍流

质点运动方式平行运动，不碰撞，不混合杂乱运动、碰撞、

（层层之间的滑动）产生旋涡

平均速度

0.5公0.8Vmt

⑴孑■流量计

工作原理：测量原理:流体通过孔口后时，因截面积骤然缩小，流速增大，动压

头增加，静压力下降。通过连续性方程和柏努利方程建立流速和表压的关系，来

测定流量。

对于标准的孔板，压差和流速的关系有图表可查；为了测量准确，孔板与上游管

件应距50dl3下游管件应距10dlo

孔板流量计的优点：易于制造；适合大流量的测量。

缺点：a）流体流经孔板的能量损失大（孔径越小,压头损失越大）;

b）孔板的锐边容易腐蚀、易磨损，流量计应定期进行校正。

PgPg°Vn

引入孔板流量系数co校正流速，孔板流量计的cO一般为0.61~0.63o

（2）文丘里流量计

文丘里流量计：用一根渐缩渐扩管来替代孔板的流量计。

测压位置：

进人.流曷廿箭至"0Sd力卜和叫带力卜一

目的：为了减少流体流经孔板的能量损失。

*93夕”％4

%=G

VP

覆流量系数，无因次，其值由实验确定或从仪表手册中查得（0.98~1.0）。

（3转子流量计

工作原理：当流体诵过转子与玻璃管形成的环隙时,流道截面积A下降，流速v

增加，流体静压力P下降，在转子上产生一个压力差（pl-p2）,即向上的推力，

使转子上浮。

流速恒定，流量与截面积成正比。流量越大，转子上升高度越大。

由于转子流量计的流速不随流量而变，只改变转子所处的截面位置，所以又叫截

面子东里vh;12gAp2g七（夕R一2）

VR=CR

51-0)4=唳g"R-p)\7Ta=*ARP

通过环隙压强差不变，也叫恒压流量计。压力差（向上的推力）大于（转子所受

重力一浮力=转子净重力）转子上升。

A、边界层的定义

边界层：流体的流速低于未受壁面影响的流速的99%的区域。

主流区：在边界层以外，速度梯度接近为零的区域。

B、边界层形成的原因

原因：1）流体流经管壁时受到的摩擦阻力；

2）流体粘性弓I起的内摩擦力。

C、边界层内的流动形态

流动形态：层流或湍流，由流体的流速决定。

湍流边界层：湍流区域和层流内层组成。

D、圆管入口处的流动边界层发展

可将管内的流动分为两个区域:一是边界层汇合以前的流动,称之为进口段流动;

另一是边界层汇合以后的流动，称之为充分发展了的流动。

稳定段长度：从管进口到形成边界层所经历的管长，其受管的形状、管壁粗糙度

及雷诺数的影响O

对共滑管而卷总流时的稳定段长度为：Z=（0.05~0.06）Re-J

对内径为50mm的导管，Re为1*104时,1为25~30m.

E、层深内层的厚度7°

对圆管而言，其湍流边界层的层流内层的厚度可按式S=61.5d/Re78

层流内层为传热和传质的主要阻力，Re越小，层流内层的厚度越大，传递阻力

越大。

F、边界层分匿

边界层的一个重要特点是，在某些情况下（流体通过管件或管道直径突变处时）,

会出现边界层与固体壁面相脱离的现象。

此时边界层内的流体会倒流并产生旋涡，导致流体的能量损失。此种现象称为边

界层分离,它是黏性流体流动时能量损失的重要原因之一。

产生边界层分离的必要条件是；流体具有黏性和流动过程中存在逆压梯度。

约奇体过S点时，离壁面较远处，流体向前流动，但近壁面处，速度下降为零；过

S点后，截面进一步增大，近壁面处在反向压力的作用下倒流，产生漩涡，这一

现象称为边界层分离。

边界层分离会增加阻力的损失。

层刷的摩掷肋，64/词口_64…2

A7?

\p=32iilvld'~R7-7，一展7瓦

哈根-泊肃叶公式用于计算层流时由嘛且另所弓能的压强降，流体粘度对于压力损失影响

较大。

范宁公式康t适用于层淆和湍流的计算。入为摩擦阻力系数，是Re数的函数，还与管壁粗

糙度有关；血为几何相似数。

管壁越粗糙，越易形成漩涡，摩擦阻力系数越大。

层流区：Re<2000,，与Re的倒数成直线关系，h=64Re；与管壁粗糙度无关。

过渡区：20（XXRe<4000,湍流曲线延伸来查取心

湍流区：ReMOOO及虚线下的区域,工程常见范围。力与Re和粗糙度£有关。ReJ;£T,与。

完全湍流区：虚线以上的区域，，,与Re无关，只与粗糙度£有关，£T4T。避大，达到完

全湍流区的Re越低。

总阻力的计算公式：

ZH1+ZL/

上述两类计算可归纳为下述3种情况的计算：

（1）欲将流体由一处输送至另一处，已规定出管径、管长、管件和阀门的设置，以及流体

的输送量，要求计算输送设备的功率。

（2）规定管径、管长、管件与阀门的设置以及允许的能量损失，求管路的输送量。

（3）规定管长、管件与阀门的设盘、流体的输送量及允许的能蚩损失，求输送管路的管径。

r直径不变

简单管路

管路分.异径管串

r跳支管

1类复杂管路路

并联管

路

髭法常掌管窈中各交■词关系的检制方程：

速续性方程方■手■常数对干支官1，有■=5^~y^r=a>

““,+什％+冬冬工。"""

机械餐育V方&

2g咫2gpg

如5_+"+也-％4》+殳+//,

2g羯2gpgf

W千支俄X，育

H/

n9—x---------——

7d2g%+二十区金+在+Z"c

2gPg2g用乙a

用力系数方程Z=/（也•今

4wa*fCx*i3M<***»♦»*..，■M

（2）分支恢

芥R宜砧中流动必兼黄足：

以分支点。处为上单・面•分别过支

（MUStll彼Bln支似:列机IM&WH方程：宁~

1、反售各支饯的长度、食径可低相差很大，经・位重集

茶体充经各支堂的绘里幡失ew•

2gfig2gA?

E，/.j=X，/i=E，c

3至»&-%.应♦区.工〃

2、主管中的充率等于各支饯支率之和02gpg'"咫乙"

q?人=介1+的.2=务1

流体审送机械的分类，

分支ms中流动必须亮足：_/x

L速体S沃设号

工网于分支锭密,♦位童堂温体在各><《离心泵、往亶泵、*转泵、计里泵、

支管流动终了时的总机修M与餐费操、按濠体状态一*■泵等）

失之和相等•（6分殳甘牖

L气体S送设备

>c«通风机、越风机、“缩机、真空泵等）

>"■♦得♦枭=*E^/.c°

Zgpg2弁/

动力式或好轮式（离心菜）

2、主箧中的流率等于各支■流率之和

校工作原理王位移式或各权式,往夏菜）

夕匕。=q?A一夕匕C

凌体动力作用式《喷射票）

fciSM2

O

JMUb.C<i）MJM

A、离心泵的基本结构

A1、离心泵装置简图

1r

<

f/ffffffff/f/

离心泵中要部件是叶轮和泵壳。

A2、离心泵的叶轮

叶轮是对流体作功的部件。

分三类：闭式（两侧盖板）、半闭式（单侧）、开式（无）

A3、离心泵的泵壳和导轮

泵壳是离心泵的外壳。在泵壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道，所以又称为蜗壳。

导轮：叶轮外周一个固定的带叶片的环，导轮上的叶片方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，

其弯曲角度正好与液体从叶髭流出的方向相话应,以引导液体在泵壳内平缓地改变方向，激

小能量损失，提高泵效率。

A4.离心泵的轴封装置

泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，苴作用是防I卜泵内高压港体从间隙漏出,或避免外界空气

讲入泵内。常用的轴封装器有埴料密封和机械密封两大类。后者话用干要求密封较高的场合,

如酸、碱、易燃、易爆及有毒洒体的输送。

B、离心泵的工作原理

夫随物里：电机启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，转速一般为1000-30001Pm,在离心力作

用下，液体由叶轮中心被甩向边缘，并获得机械能，以15-25m•s-1的线速度离开叶轮进入

蜗壳形泵壳。由于泵壳内的通道不断扩大，流体流速降低（即动能降低）而压强增加（即压

强能熠加），最终流体在出口处获得最大的压强，流体以较高的压强沿泵壳的切线方向流入

排出管（排出管位于切线方向）。

吸液南里：当涌体由叶轮中心向外缘运动时，在叶轮中心处形成了低压区（即具有了一定直

空度），使吸入侧液体压强大于了泵叶轮中心处压强，在两者之间压强差的作用下，液体会

由吸入管吸入，流向叶轮中心。

气缚现象：如泵内有空气，因为空气密度小，产生的离心力小，叶轮中心产生的负压小，不

能将液体吸入和压出，形成叶轮空转的现象。

防止，缚的方法：液体的密度越大，产生的离心力也越大，所以开泵前预先在泵壳和吸入管

路中灌满液体，排出空气。

C、流体质点在叶轮申的运动

C1、简化假设

（1）叶轮是由无限薄、无限多叶片构成的理想叶轮，流体质点将完全沿着叶片表面流动，流

体无旋涡、无冲击损失；

（2）被输送的流体是理想液体，液体在叶轮内流动不存在流动阻力；

（3）泵内为定态流动过程。

C2＞离心泵的理论压头

叶轮旋转方向：顺时针；流体质点的流动方向：沿纸面平行方向，且为两分速度之和。

（a）沿叶片运动的相对速度w,与叶片相切；兴_

（b）随叶轮旋转的圆周运动，速度为u,与旋转圆周相切；V

＜c）两者合速度c,为流体质点的绝对速度。/Z.XT

流体质点从叶轮进口运动到出口，静压头增加的原因：-----

原因1：液体在叶轮内受到离心力作用，接受了*卜功。力飞、J"'

质量m的流体受到的离心力：£二机厂G7'/7

质量为m的流体从叶轮进口运动到出口，,/

受离心力作用而受到的外功为J：月流=/mrw-dr=加与＜后-阡）=汨华生

原因2:相邻叶片所构成的通道的截面矛式自内而外逐渐升大，.产一卜噬今

液体通过时的速度逐渐减小，部分动能转化为静压能。\\

-U'2

质量为m的流体转化的动能为：加

离心泵基本方程式:Hg=

PS2g2g

根据余弦定律，以上速度之词的关系:

2cos

W2=Cj+lt^—247]"2%

恐三VT方程可转化:

q-cosrZj5aL

S

<2-95>

■心点设计时，.TA，所以式2-何育化为:

<2-96)

SS

离心泵的流量：离心泵的流量可用叶轮出口处的径向速度与周边面积之积表示。

C3、影响理论压头的因春

(1)叶轮转速和直径孔=；(&。)J警q、

丹＜敦ctg^X)

(2)叶片的几何形状&"g2

役同F片gw。磔F

打穹尸片ctg^<0H♦色

s

对前弯叶片，动能所占的比例大，在转化为静压能的过程中，会有大量机械能损失，使泵的

效率下降。为获得较高的能量利用率，提高离心泵的经济指标，应采用后弯叶片

(P2=25o-30o)»

(3)流量的影响

对于后弯叶片，BX),Hx|遁q、：的增加而降低。

1

O

C4、头际压头

因叶片间的环流、阻力损失、冲击损失，离心泵的实际压头小于理论压头。

f

*

*

m

*

w

D、离心泵的主要性能参数

离心泵的主要性能参数：转速（n）、流量（更：）、压头或扬程（H）、效率5）、功率（P）

等。

1.流量

离心泵的流量：指其送液能力，即单位时间内排出的液体体积，用热表示，常用单位为

m3s-lo

2.压头（扬程）

扬程:是指泵对单位重量的液体所提供的有效能量，也就是液体从泵处实际获得的净机械能,

即柏努利方程中的He,单位为m液柱。

3.效率

（1）容积损失即泄漏造成的损失。

（2）水力损失由于液体流经叶片、蜗壳的沿程阻力，流道面积和方向变化的局部阻力,

以及叶轮通道中的环流和旃涡等因素造成的能量损失。

（3）机械效率由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦，泵轴在轴承、轴封等处的机械

摩擦造成的能量损失。”_”_„

总效率由上述三部分构成，即：〃-rlvrlhrlm

（1）闭式叶轮的容积效率值在0.85〜0.95。

（2）额定流量下，水力效率的值在88〜0.9的范围。

（3）机械损失可用机械效率来反映，其值在0.96~0.99之间。

4.离心泵的有效功率和轴功率hR加困

轴功率或实际功率：由电机输入泵轴的功率，单位为川或卜川。门=3匚=<^

有效功率：指港体在单位时间内从叶轮获得的能量，单位为W或kW;Pe=H,qng=H,qvpg

5.离心泵的特性曲线

离心泵在出厂前，需要在规定条件下测定H、Pa、”与这的关系曲线，称为离心泵的特

性曲线，是选泵和进行流蚩调节的依据。

n-奴曲线:表示效率与流量之间的关系，开始时gyt-*

t,当达到一个最大值后，qVt"I。

说明离心泵在一定转速下存在一个效率最高点，称为泵的设

计点，泵在该点处运行最好。泵的铭牌上标注的性能参数就

是在这一状态下的参数。通常将最高效率的92。,版个范围

称为泵的最高效率区，选用离心泵时，应尽可能使泵在此范

围工作。

H-如曲线：表示扬程与流量之间的关系，一般情况下离心泵的扬程是随流量的熠加而下降。

Pa-变通线：表示轴功率与流量之间的关系，可以看出，轴功率总是随着流量的熠加而增加。

离心泵的轴功率Pa在流量为零时最小，随流量的增大而卜开，因而在启动离心泵时应关闭

泵的出口阀，以减少启动电流，保护电机。待运转F常后，再打开泵出口阀。停泵时也，要先

关出口阀，还可防I卜排出管中液体倒流，保护叶轮。

6、影响离心泵性能的因素及性能换算

6.K液体物性的影响

（1）液体的密度流量、压头、泵的效率不随密度而改变泵的功率与液体密度P成正比

（2）液体的黏度当被输送液体的黏度大于常温水的黏度时，泵的流量、压头、效率随黏

度增力吵下降，但轴功率增加。

6.2s后心泵转速

离心泵的安装高度的限制一一汽蚀现象

泵人口处的压强P1越小，（pa-pl）/Pg越大，则泵的安装高度Hg越大，但pl有一极限值，

即pl附送液体的饱和蒸气压（吆）。否则，吸入港体就会在泵中心处气化，体积突然膨胀。

当含有大量气泡的液体由低压区进入高压区时，气泡受压而迅速凝结，因而形成局部直空，

周围的液体便以极大的速度冲向原来气泡所在的空间,在冲击点上产生几百大气压的局部压

强,使叶轮遭到破坏，这种现象称为“气蚀”。泵扬程较正常值下降3%为标志。

（1）泵体产生震动与噪音；

（2）泵性能（底、H、下降；

（3）泵壳及叶轮冲蚀。

（1）离心泵的并联

在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。

并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头略高于单台泵的压头。并

联泵的总效率与单台的效率相同。

（2）离心泵的串联

在同一流量下，串联泵的压头为单台泵压头的两倍。

两台泵串联操作的总压头低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵。串联泵的效

率为q串下单台泵的效率。

第四章：传热过程

了解传热的三种基本方式，掌握傅里叶定律、定态热传导的有关计算；

理解对流传热机理，重点掌握对流传热的计算；

了解间壁式换热器类型、结构；掌握传热的强化途径。

换热器类型

（17直接混合式:热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。

（2）蓄热式

（3）间壁式:热流体通过间壁将热量传递给冷流体，化工中应用极为广泛。

夹套式热交换器；蛇形式热交换器；套管式热交换器；列管式热交换器；板式热交换器。

传热的方式

热传导、对流传热和辐射传热

间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以下三个步骤：

（1）热流体以对流方式将热量传递给管壁；

（2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另一侧；

（3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给冷流体。

法传在传热体系中各点的温度只随换热器的位置的变化而变，不随时间而变。特点：

通过传热表面的传热速率为常量，热通蚩不一定为常数。

三回传然：若传热体系中各点的温度，既随位置的变化，又随时间变化。特点：传热速率、

热通量均为变量。

通常连续生产多为定态传热，间鼠操作多为不定态传热。

2.传导传热

传导传热的机理：一个物体的两渐分右在潟差，热从高潟就分向低潟渐外隹赛，直到信制分

的潟度相等为1匕这种传热方式就称为传导传热（或热传导）。

传导传热不依靠物体内部质点的宏观混合运动，而借助于物体分子、原子、窝子、自由电子

等微蚓的干的热运动产牛的热量传旗。

物质的三态均可以充当热传导介质，但导热的机理因物质种类不同而异。

固体金属：自由电子在晶格之间的运动3

液体和非金属固体：晶格结构的振动，即分子、原子在其平衡位置的振动。

气体：分子的不规则运动。

2.1热传导基本方程一一傅里叶定律

傅里叶定律:当温度H>t2时，热量以热传导方式从tl的壁面传递至温度为t2的壁面。实脸

证明，传导的热量Q与传热的温度差△£传热面积A和时间T成正比，和传导的距离5成

反比。0OC—4四T

~5小Q1,dt

————AA—

定态传热时，传递的热量不随时间而变，并引入比例系数为，可得：rd6

导热系数（尢）：物质导热能力的标志，其物理意义为当物体两个面（等温面）间温差为1K,

厚度为1m时，每秒经过lm2传热面积所能传导的热量J,单位为（W-rn-1.

K-l）o

入导电固体,入非导电固体，入液体>入气体

2.2平面壁的定态热传导

1、单壁热传导

假定：

（1）导热系数不随温度变化，或可取平均值；

（2）忽略热损失；

（3）一维定态传热。

力=2=」=3_=四

T6/2J/(>U)R

热传导推动力

热传导速率,

热传导阻力

2、多壁热传导

假设：

L导热系数不随温度变化，或可取平均值；

2.一维定态传热；

3.忽略热损失；

4.没有接触热阻(层与层的接触面温度相等)。

定态传热过程，各层的导热速率相等，可得：①1=中2=中：=中

平壁传热，各传热层传热面积相等，可得：4]=幺2=〃3=N

①一一1一八)_*

。.+三+%>亘

多壁传热时，传热推动力是内壁面和外壁面间的总温差；传热的总热阻是各层热阻的总和。

各层交界面温度的计算：

Ar_M

213'i（±iA）

A（A+A+A）++

伪22名b1氏82

热阻越大，温度降越大，降温主要发生在绝热砖层。

热阻主要在污垢层，改变金属材料的导热系数对热传导的影响不大。

2.3圆筒壁的定态传导传热

1、单层圆筒壁的定态传导传热

传热速率传热面枳热通“1

平壁常量不变不变

圜闹壁常量的半径而变的半径而变

42ni(t-t)

圆筒壁的热传导方程中=-------1------2-

=777

1口士

-

2,1r44

当r2rl<2时，可近似用算术平均值An=(r2F)/2代替对数币均值计算。

2、多层圆筒壁的定态传导传热

中工J_必辿0=2兄8，1)=__

*-)=""工兴融1n叁

2万4q4q

3对流传热

对流传热是指流体店自娈动底罟并相百徘撞，热蚩由能量较高的底占传送给邰量较低的底

点，从而使热量传播。对流传热仅发牛在流体中。

自然对滂-一一因流体中各处温度不同引起密度差异而使流体质点产生相对位移。

强制对渣----借助于机械搅拌或机械作用而引起的流体质点移动。

3.1对流传热机理

传热步骤：

1J热量自熟流体传到固体壁面的一侧；

2、从壁面的一侧传到另一侧；

3、从壁面的一侧传到冷流体。

（A）传热过程分析

当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，若流体温度与壁面不同，则二者之间将

进行热交换。

对脸冷热是层流内层的导热和层流内层以外的涡流传热的总称。对流传热的热阻主要集中

在层流内层，因此，减小层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。

对流传热：（D受热传导的控制；（2）受流动规律的支配。

温度梯度热阻传热方式

-层流内层

较大较大热传导

湍流边界层-

缓冲层

居中居中热传导和涡流传热

湍流层

较小较小涡流传热

传热边界层：靠近壁面的存在温度梯度的漪体区域。

（B）对流传热基本方程（牛顿冷却定律）

a）当壁面向冷流体给热时①=小二①=3（4-。

（C）传热过程的特征数：°

（1）流体无相变时的强制对流传热过程：

努赛尔数：表示传热膜系数的特征数，表明流体的导热系数与换热器壁几何尺寸的关系。合

a,也称待定准数。，,八〃

M「空Re=^P~

X〃X

雷诺数：确定传热时流体的流动形态，并表明其对换热的影响。

普朗特数：表明流体的某些物理性质对传热的影响。

（3）使用传热膜系数特征关联式应注意的问题

1）应用范围：关联式中Re、Pr等准数的数值范围；

2）特征尺寸：Nu、Re等准数中的1的确定；

特征尺寸是指对流传热过程产生直接影响的几何尺寸或传热面的特征尺寸。对管内强制对流

给热，如为圆管，特征尺寸取管内径心如为非圆形管道，通常取当量直径：

14x流动截面积

a=------------------------

e润湿周边

3）定性温度：各准数中的流体物性应按什么温度查取。

考虑到给热过程的热阻主要集中在层流内层，可选壁温欧和流体主体温度t的算术平均值：

@=（!史H）？作为定性温度，称为平均膜温度。

（E）传热膜系数的特征关联式

（1）流体在光滑圆形直管内作强制湍迹

Nu=O.O23Re08Pr"a=0.023/（也严（了）"

1

当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。

应用范围：Re>1（/0.7<Pr<120L/d>60

特征尺寸：管内径。

定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。

狄丢斯公式也适用于流体在无挡板列管换热器的管间流动时的换热，特征长度取当量直径

（4）传热膜系数和传热量的计算步骤

（1）确定对流传热的方式（强制或自然对流）和相应的准

数：

强制对流相关准数：Nu、Re和Pr：

自然对流相关准数：Nu、Gr和Pr.

（2）确定定性温度；

强制对流：一般取进口和出口流体温度的平均值：

自然对流：流体和壁面温度的平均值.

（3）确定特征尺寸；

管径（内径或外径）、当量直径等：

（4）根据相应的准数大小，选取计算传热膜系数的公式.

（5）根据牛顿传热方程计算传递的热量.

①=必&―）（D=a4（r）

（F）沸腾和冷漠时的传热膜系数（有相变）

'液体的沸腾传热：

液体沸腾是指在液体的对流传热过程中，伴有由液相变为气相的变化，即在液相内部产生气

泡或气膜的过程。

rrr^

000。0

。QQ0°。”

2.义2j90。TQ%0。。％。

7分分

（A）泡核济内（B）强烈泡核沸腑（C）腴状沸展

A:传热温差小，液体沸腾不剧烈

B:传热温差增大，不断形成气泡，液体强烈扰动，新传热面积不断暴露，传热膜系数大。

C:传热温差进一步增大，传热面上形成大量气泡，并形成蒸汽膜。蒸汽的传热系数小，传热

膜系数小于泡核沸腾。

蒸汽冷凝传热

蒸汽冷凝：

海和水蒸汽释放出汽化潜热而凝结成液体的过程，冷凝液的温度和蒸汽温度相同。

膜状冷凝

冷凝液体能润湿壁面，在壁面上铺展成膜，冷凝时蒸汽放出的潜热必须穿过港膜才能传递给

壁面，酒膜层是壁面与壁汽间传热的主要热阻。若冷凝涌在重力作用下沿壁下流,则满膜越

往下越厚，传热系数随之越小。

滴状冷凝：

冷凝液不能完全润湿壁面，在壁面上形成一个个小液滴，且不断成长变大，在非水平壁面上

受重力作用而沿壁滚，在下滚过程中，一方面会合相遇液滴，合并成更大的海滴，一方面扫

清沿途所有的海滴，使壁面重新暴露在蒸汽中。没有完整液膜的阻碍，热阻很小，传热系数

约为膜状冷凝的5~10倍甚至更高。

滴状冷凝大于膜伏冷凝；沸腾和冷凝时，传热膜系数高；过整汽的加热和冷却与空气的

拉断冷蛔哈；水的礁和冷去噬常S500~800范围内。

4热交换的计算

热交换：熟漪体经管壁或器壁向冷流体传热的过程。

热交换器：进行热交换的设备。

4.1总传热速率方程厂L-t,

①二--------i------±-------------

“151、181

才］—?2=①(--------1---------1----------)----------F-------F---------

以

64%a2A2

名义%%4%%4

K为传热系数或总传热系数，单位为甲・m・2・K.l

传热系数和系统总热阻的关系-卷人照+宗会

0=2月6-七）

1J1

---------F--------F--------

a再加，a2r2

如果圆筒壁厚度不大时,rl=r2=nn^

①=<―>~~=KAAt

lol

—+—+—

%2%

4.3换热过程的热量衡算

1、无相变的换热(依赖显热传递热量)

①=me也

A、连续定态传，琉恒油和变温传热

A1、恒温传热

两流体经传热壁面进行热交换时，沿壁面上两流体的温度不仅不随时间变化，也不随壁面的

位置变化。

A2、变温传热

传热各点温看不随时间变化，但至少有一侧壁面的温度随传热面位置变化而变化。

B、并流和逆流

并流：传热面两侧的流体流动方向相同，出口处冷流体的温度必然低于或接近热流体的出口

洱度。

逆流:传热面两侧的流体流动方向相反，冷流体的出口温度低于或接近于热流体的进口温度,

热流体的出口温度高于或接近冷流体的进口温度。

C、传热的平均温差(Ato)

①传热为稳态操作过程；

②两流体的比定压热容均为常量;边界条件下的热it街算关系可得:

③总传热系数为常量；

然流体，0=-m'c'（T，-TA—=（彳->）

④忽略热损失。2m'c'①

I（z-r.）

dB=KQ-t）dA冷充体，0>=加才（，,7）R=12

d(D由上两式,可得：

[+]=（--二）一（1-1）_（1T|）-（l-〃）

病一<1>O

mc

D、并流和逆流传热的比较

（1）相同的条件下（ThT2、tht2、K和O均为定值）,逆流比并流有更大的平均传热

推动力，相应只需较小的传热面积，能激少设备费。

（2）若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时

不得低于某一温度，则宜采用并流操作。

（3）并流传热时，初期传热速率快，后期传热速率小，可用于一些特殊的反应，可防止过

热或过冷。（如某些放热反应，初期反应快，放热量大，则要求较快传热速率，防止温度上

升。）

E、强化传热过程的途径

（1）增加传热温差

a、提高热流体的温度或降低冷却用流体的温度，如用饱和蒸气作加热介质，通过增加

蒸汽压力来提高蒸汽温度;在水冷器中降低水温以熠大温差K有时受客观条件的限制,P126）

b、冷热两流体进出口温度固定不变，逆流操作熠加传热温差。

（2）提高总传热系数

提高K值，必须设法提高冷、热流体的传热膜系数，降低间壁热阻和污垢热阻，重点

提高热阻较大环节的传热系数。

对于金属壁面，导热一般不构成主要热阻，垢层热阻随使用时间的延长而变大，往往成

为控制传热速率的主要因素，防止结垢和除垢是保证换热器正常工作的重要措施；

两侧a差异大时，重点提高较小侧的传热膜系数；如两侧a相近，则需同时提高两侧的传

热膜系数。（促进流的湍动程度：提高流速、增加挡板或加强搅拌等；选择传热膜系数较高

的热载体。）

（3）提高传热面积

增大传热面积是加大单位时间内传热量的有效方法之一，常用于传热膜系数较小侧。如用

螺纹管或螺旋槽管代替光管，在圆管外表面上加螺旋翅片，或在管壁上加工轴向肋片，称之

为扩展表面，都能有效提高传热速率。扩展表面的温度低于基管的温度，传热速率的增加率

低于传热面积的增加率。

F、热交换器的设计原则

从是否有利于传热、是否可以减少腐蚀与污垢的沉积、能否减低压降及减轻设备质量以及是

否便于清洗等角度考虑。

①不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便；相对于壳程，管程流体流速较

快，污垢不易形成。

②腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换；

③压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗蚩；

④被冷却的流体直走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。

⑤饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗；此外，蒸汽

冷凝传热膜系数大，让传热膜系数小的流体走管内，提高流速，能提高总传热系数。

⑥有毒易污染的流体宜走管程，以瀛少泄漏。

⑦流量小或黏度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的

不断改变，在低及（Re>100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

⑧若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与传热系数大的流体

更接近，以减小管壁与壳壁的温差，激小热应力。

传热方式传热推动©与温度媒介系数传热面积

力的关系

热传导温差温度差成固体传热系数成正比

正比（Q

对^传热温差温度差成流体传热膜系成正比

正比数（a）

辐射传热温差温度的四存在温度总辐射系成正比

次方之差差的物体数（。）

成正比

第五章：吸收

理解液气比、最小液气比、操作线方程、传质单元数、传质单元高度的概念,掌

握填料层高度的计算方法；

了解填料的类型和填料塔的结构特点及流体力