化工原理课件

化工原理第一章流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第一节流体流动中的作用力化工过程中的流体流动管道输送多相流单元操作中流动现象第一章第一节一、体积力和密度：

=m/VpT液体基本不变稍有变化气体改变改变理气第一章第一节混合密度：体积分率：XV1XV2

气体：

1m3为基准，总质量＝A＋B＋C液体：1Kg混合液为基准，质量分率：Xw1Xw2

总体积＝A＋B＋C第一章第一节二、压力1atm=1.013×105N/m2=10.33m(水柱)=760mmHg压力表：表压＝绝压－大气压真空表：真空度＝大气压－绝压＝－表压[确切标明（表）、（绝）、（真）]第一章第一节三、剪力、剪应力、粘度流体沿固体表面流过存在速度分布

：动力粘度、粘性系数第一章第一节牛顿型非牛顿型

塑性

假塑性涨塑性第一章第一节粘度T↑液体

↓,气体

↑P↑基本不变,基本不变

40atm以上考虑变化第一章第一节混合粘度1、不缔合混合液体2、低压下混合气体第一章第一节第一章流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第一章流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第二节流体静力学方程一、静力学基本方程静止状态下的静压力：方向→与作用面垂直各方向作用于一点的静压力相同同一水平面各点静压力相等（均一连续流体）第一章第二节对于Z方向微元不可压缩液体第一章第二节条件不可压缩流体静止单一连续流体结论单一连续流体时→同一水平面静压力相等间断、非单一流体→逐段传递压力关系第一章第二节二、流体静力学方程的应用1、压差计微差压差计第一章第二节2、液面计3、液封4、液体在离心力场内的静力学平衡第一章第二节

流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第四节流体流动现象一、剪应力和动量传递粘性定律：多层同心圆式流动

剪应力：单位时间通过单位面积的动量

动量通量。第一章第四节二、两种不同的流动形态

1、雷诺实验

2、雷诺数:运动分为滞(层)流、湍(紊)流存在一个临界速度：第一章第四节u

，

Re

惯性力占主导地位惯性力加剧湍动u

，

Re

粘滞力占主导地位粘滞力抑制湍动

流体流动中惯性力与粘滞力之比3、雷诺数的意义第一章第四节三、管内的滞流与湍流

瞬间速度uiinstantaneousvelocity

脉动速度ui

fluctuatingvelocity

时均速度meanvelocity湍流：滞流：分层流动，各质点互不碰撞互不混合，速度分布为抛物线型第一章第四节1、速度分布：层流湍流第一章第四节层流湍流2、平均速度第一章第四节层流湍流3、动能：4、剪应力：

ε:涡流粘度

第一章第四节四、边界层概念第一章第四节1、问题的提出2、边界的形成和发展3、边界层的分离(形体阻力)2)逆向压力梯度容易造成边界层分离3)边界层分离造成大量漩涡，增加机械能消耗1)流道扩大时造成逆向压力梯度

流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第三节流体流动的基本方程一、流量与流速

体积流量质量流量流速质量流速第一章第三节管路流速：液体0.5～3m/s,

气体10～30m/s综合考虑：流量

生产任务；流速、动力、设备、工艺第一章第三节第一章第三节二、连续性方程：流动系统→各截面上：若圆管稳定流动体系中讨论三、总能量衡算和柏努利方程1、与流体有关的能量形式和总能量衡算第一章第三节对两个不同截面第一章第三节2、柏努利(Bernoalli)方程式

单位质量流体根据热力学第一定律：W:膨胀功；

Q:两部分

环境Qe和阻力消耗第一章第三节第一章第三节不可压缩流体对于理想流体第一章第三节3、讨论

代表能量的转化：对于理想流体＝const.

实际流体（非理想）系统能量随流动↓，实际流体的流动条件E入＞E出或We>0

Z，p，u状态函数，We，

hf

过程函数

当We=0，u=0，hf=0，静力学方程第一章第三节

三种不同形式

gZ，

gZ，Z

（J/kg），（N/m2），（m）(流体柱)

<表压><绝压>

可压缩流体(p1-p2)/p1>10%。第一章第三节4、使用条件

a、稳定流动

e、管内流动u，z，p，

为平均值d、单位一致性

c、截面选定：缓变均匀流

b、计算空间连续，不可压缩第一章第三节四、柏努利方程的应用计算步骤：

1、画图

2、截面选取：

①从上游到下游，1-12-2②沿流动方向

③计算1-1,2-2间的We

和hf3、基准水平面

4、单位第一章第三节压差计读数R：A、B两处位能与静压能总和之差

第一章第三节柏努利方程的应用均匀管路水平管：压测管指示为静压差均匀管路：压测管指示为

(不一定水平)第一章第三节截面选取：流向判断：能否流动是静力学问题，一旦流动，汇合管路，p2值变化。第一章第三节

流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第五节流体在管内流动阻力一、阻力损失及通式沿程阻力局部阻力三种表示方式：第一章第五节令摩擦因数Fanning(范宁)公式第一章第五节第一章第五节二、层流时的阻力损失

三、因次分析法依据：因次一致性原则，正确描述一物理现象，等式两边的物理量因次一致。校验：

定理有m个基本变量，n个基本因次，无因次群为m-n个步骤：1)找出所有相关物理量

2)选出基本因次

3)列因次关系式

4)组成无因次数群幂函数关联式第一章第五节第一章第五节四、湍流的阻力损失1、实验关联式

柏拉修斯（Blasius）关联式0.250.3164/Rel＝2、

－Re图(Moody图)

滞流区

=64/Re，直线斜率为－1第一章第五节Re：3×10-光滑管，31×105阻力损失正比于流速的1.75次方、粘度的0.25次方一般情况第一章第五节五、非圆形管内阻力损失de对湍流计算较可靠：矩形a:b<3:1

环隙效果较差对于层流正方形

=57/Re

环隙

=96/Re第一章第五节利用计算动能较准确,计算动量有一定偏差六、局部阻力第一章第五节1、阻力系数法1)突然扩大认为1，0处压力相同

稍大2)突然缩小计算hf

时用小管平均流速。3)出口：

0=1；入口：

i=0.54)当量长度法第一章第五节七、可压缩流体的阻力损失

对于稳定流动：A一定第一章第五节理想气体（1）等温过程右边第一项：压力变化引起的动能变化。上述方程可利用理想气体方程第一章第五节（2）非等温过程第一章第五节

流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第六节管路计算一、管路计算的依据和类型1、依据：柏努利方程连续性方程阻力损失关系式第一章第六节2、类型1)已知Vs，几何尺寸，进出口条件，物性，求NeVsuRehfWeNe2)输送压头，几何尺寸，物性，求VsuRe’≠

Vs3)输送压头，管长，物性，求一定Vs下的d

duRe’≠

d第一章第六节二、几种典型管路的计算1、串联管路第一章第六节

2、并联管路忽略分流、合流处损失，各管路的流量分配按阻力相同原则。第一章第六节3、分支管路第一章第六节4、设计计算按照机械能关系由远及近计算第一章第六节5、格努利方程未考虑分支，汇合，但按单位流体可以处理按分支流量的不同，由实验测定局部阻力系数

若管路长，可以忽略局部阻力

注意从上游到下游第一章第六节三、几点讨论1、简单管路阀门关小

任何局部阻力

，将使管路各处的u

下游阻力

，使上游p

连续介质

上游阻力

，使下游p

固定E处第一章第六节

2、分支管路极端情况：

1)总管阻力可以忽略，支管路阻力为主：

u0很小，p0为常数，关小A只影响A流量，不影响

B（供水）

2)总管阻力为主，支管阻力可忽略，p0=p2=p3，

u0不变，总流量不因A关闭而变小，“影响分配”第一章第六节3、汇合管路关小阀门，u3

；

p0

，u1，u2

；

u2

快

u2=0，反向流动。第一章第六节

从液面恒定的敞口高位槽向常压设备加料，d=40mm，l=3m，Z=4m。若要求V’=1.5V，采用如下措施：1)

d’=60mm；2)

d1=40mm，d2=20mm；3)

Z

至6m，l=5m。假设

为常数，忽略入口损失及出口损失。第一章第六节第一章第六节第一章第六节

流体流动第一节流体流动中的作用力第二节流体静力学方程第三节流体流动的基本方程第四节流体流动现象第五节流体在管内流动阻力第六节管路计算第七节流量的测定第一章第七节第七节流量的测定核心：能量转换

一次仪表的表征

-----柏努利方程式的应用一、皮托管：冲压头＝静压头(p/

)＋动压头(u2/2)1)与流动方向平行放置

2)内管前端敞开

3)外管封闭，一段距离后侧开孔

4)另一端接压差计第一章第七节加校正系数C=0.98～1.0注：

测点速度滞流0.5umax

测umax

湍流0.82umaxumax

Rmax

u/umax

L>50D，d<D/50（测气速）第一章第七节二、孔板流量计孔由小

大，45

锐孔，测定压差

流量大小第一章第七节CO孔流系数

C1：能量损失

C2：测压口位置（接法）

器件部分

A0/A1

CO一般由实验求得

Re

，CO

不变。ReC极限值(使用范围)A0/A1

，CO

，（查图）一般CO在0.6～0.7之间第一章第七节三、文丘里流量计减少能量损失

渐缩

渐扩上游：渐缩前D/2下游：喉部尺寸严格，造价高，但永久压力降小。第一章第七节四、转子流量计Vf转子体积、Af最大部分面积、

f转子材料密度、

流体密度忽略切向力第一章第七节不同流体的标定情况，若CV不变第一章第七节

流体输送机械第一节概述第二节离心泵第三节其它类型泵第四节气体输送和压缩设备第一节概述流体输送机械：给流体增加机械能的设备机械能使液体p

转换为其它形式

u2/2

克服磨擦阻力液体→泵输送对象气体→压缩机、鼓风机、通气机工作原理动力式（叶轮式）－离心式、轴流式容积式（正位移式）－往复式、旋转式其它形式→喷射式掌握要求基本原理主要结构选择泵、计算功率性能参数确定安装位置

第二章流体输送机械第一节概述第二节离心泵第三节其它类型泵第四节气体输送和压缩设备第二节离心泵一、工作原理和主要构件

1、原理

1)汲入管注满水

2)给液体以动能、静压能15－20m/s流道扩大p↑→管路

3)叶轮中心形成真空po－pa

气缚：气体

小、离心力作用小、不足以吸入。

2、主要构件开式叶轮半开式闭式封闭叶轮泵壳排出汲入液体，转换能量

(避免阻力损失，导向叶轮）轴密封：填料密封、机械密封二、离心泵基本方程从理论上分析离心泵中液体质点的运动状况，获得离心泵压头和流量关系。

1、基本方程的导出假设1)叶片无限多，液体完全沿叶片弯曲表面流动

2)

＝0，理想液体，无磨擦阻力损失

Hp静压能↑离心力作功流道扩大动能→静压能2、讨论后弯片：ctg

2>0（

2<90°)，

QT↑，则HT↓径向片：ctg

2=0（

2=90°)，

HT与QT无关前弯片：ctg

2<0（

2>90°)，

QT↑，则HT↑后弯片：静压能比例↑前弯片：流速过大，冲击损失大3、理论压头与实际压头

(1)叶片间环流（并非无限多）

u2

，c2

比实际小

(2)磨擦损失Friction与u2成正比。

(3)冲击损失

2：设计取值三、离心泵的主要性能参数

1、流量m3/h,与转速、尺寸、结构有关3、效率泵轴转动功并非全部转换为液体能量

①容积损失：回漏，平衡孔0.85~0.95②水力损失：磨擦，边界层0.8~0.9③机械损失：Ne/N=

有效功率/轴功率轴功率：

N=QH

g/

或N=QH

/102

(kw)四、离心泵的特性曲线及影响因素

1、特性曲线

①Q↑H

②Q↑N↑开启时关出口阀

③Q↑η有最大值2、影响因素：

1)密度：Q=2

r2b2c2sin

2与

无关

H=u2c2cos

2/g与

无关

↑、离心力↑、p↑，除以

g，压头不变[液柱]2)粘度：

↑，流体阻力↑，H－Q下降急剧。最高效率点处：Q，H，

，N

3)叶轮转速－条件：转速变化不大①速度△相似，②

不变（速度变化小于20％）4)叶轮外径：

5)若直径与其它尺寸变化相应变化。叶轮直径D与出口宽度b2比例固定

五、离心泵吸上高度

1、气蚀现象当p1处达到相应温度下液体的饱和蒸气压时出现汽化现象→p↑后冷凝，填充空穴。冲击压力几百个大气压频率几万次/秒

pmin临界值：pv2、允许吸上真空度

pmin很难测定，一般以入口压力p1代替。3、允许吸上高度入口到储槽液面的最大垂直距离4、气蚀余量入口处静压头＋动压头，大于饱和蒸气压头的某个最小值。泵性能表的△h是20℃清水测定，输送其它液体

一般安装高度＜允许吸上高度，减少0.5~1m.。当输送T↑，吸上高度小，甚至出现负值。

沸点低泵安装储槽液位下。六、离心泵工作点与流量调节

1、管路特性曲线2、离心泵的工作点管路需要压头＝泵对液体提供压头。

3、流量调节

①改变管路特性曲线

②改变泵特性曲线转速

③并联，串联低阻抗管路：并联优于串联高阻抗管路：串联优于并联七、泵的选用

1、选泵：

①液体性质、操作条件→选类型

②压头流量―――→选尺寸，型号

2、安装与运行：

①安装高度（吸入管不小于泵入口）

②启动前充满液体，关出口阀

③运行检查，轴承

④关出口阀（停车）

流体输送机械第一节概述第二节离心泵第三节其它类型泵第四节气体输送和压缩设备第三节其它类型泵一、往复泵活塞基本结构活塞杆冲程S：及原理泵缸活塞移动距离活门联动装置与离心泵：

1、Q与H无关。Q＝A·s·n（单动）

Q＝（2A－a）sn（双动）

2、压头与机械强度有关

3、*吸上高度有限、*（自吸）

4、开动时阀打开，N=QH

g5、旁路调节二、计量泵与隔膜泵三、旋转泵，转子旋转吸入排出液体齿转泵螺杆泵四、旋涡泵：特殊离心泵吸入口与排出口相对吸入腔与排出腔间隔开第二章流体输送机械第一节概述第二节离心泵第三节其它类型泵第四节气体输送和压缩设备第四节气体输送和压缩设备

特点：可压缩，V，T有变化

VS大约是u=15～25m/s

通气机：p2/p1=1～1.15

鼓风机：p2/p1<4

压缩机：p2/p1>4一、离心通风机、鼓风机、压缩机离心通风机：低100mmH2O；中100-300mmH2O；高300-1500mmH2O特点：矩形通道，叶片短而多，直、后弯、前弯。性能与特性曲线风量：m3/h通过进风口的体积流率，气体体积以进口处状态计。风压：单位体积气体(m3)获得能量。

J/m3→N/m2

（用mmH2O表示）与气体

有关。按20℃，760mmHg为标况。

o=1.2kg/m3二、往复压缩机

1、工作原理及理想循环理想气体假设缸内阻力不计无泄漏全部排净

2、余隙及其影响（有余隙的理想气体循环）

1－2压缩阶段

2－3压出阶段

3－4余隙气体膨胀

o与

，p2/p1有关，p2/p1高到某程度，

o可为0。3、多级压缩：

避免压缩比太高，T

减少功耗

提高各级容积系数

设备材质级数越多，越接近等温过程级间压力确定：

冷却到原温度：p1v1=pivi令dwS/dpi=0，求出4、压缩机的主要参数排气量：单位时间排出气量（吸入状态计）一、明确基本概念1、流体输送机械：给流体增加机械能的设备，使流体p

，ρu2/2

，转换为其它形式的能量，克服磨擦阻力。2、液体输送机械类型：动力式泵：无自吸能力、安装位置容积式泵：有自吸能力、安装位置二、离心泵

工作原理和主要构件

1、原理

1)汲入管注满水

2)给液体以动能、静压能15－20m/s流道扩大p↑→管路

3)叶轮中心形成真空po－pa2、主要构件叶轮、泵壳、轴密封（填料密封、机械密封）

安装与运行：

①安装高度（吸入管不小于泵入口）

②启动前充满液体，关出口阀

③运行检查，轴承

④关出口阀（停车）离心泵基本方程

从理论上分析离心泵中液体质点的运动状况，获得离心泵压头和流量关系：

HT=A–BQT实际关系：

H=A-BQ2

离心泵的主要性能参数

1、流量m3/h,与转速、尺寸、结构有关

2、压头m(液柱)，每N液体获得能量3、效率

Ne/N=

有效功率/轴功率4、轴功率：

N=QH

g/

（利用N-Q曲线）

或N=QH

/102

(kw)离心泵的影响因素

1、特性曲线

①Q↑H

②Q↑N↑开启时关出口阀

③Q↑η有最大值2、影响因素：

1)密度：Q=2

r2b2c2sin

2与

无关

H=u2c2cos

2/g与

无关

↑、离心力↑、p↑，除以

g，压头不变[液柱]2)叶轮转速－条件：转速变化不大

①速度△相似，②

不变。（速度变化小于20％）3、允许吸上高度入口到储槽液面的最大垂直距离离心泵工作点与流量调节

1、管路特性曲线2、离心泵的工作点管路需要压头＝泵对液体提供压头。

3、流量调节

①改变管路特性曲线

②改变泵特性曲线转速

③并联，串联低阻抗管路：并联优于串联高阻抗管路：串联优于并联三、往复泵与离心泵

1、Q与H无关。Q＝A·s·n（单动）

Q＝（2A－a）sn（双动）

2、压头与机械强度有关

3、*吸上高度有限、*（自吸）

4、开动时阀打开，N=QH

g5、旁路调节四、离心通风机性能与特性曲线风量：m3/h通过进风口的体积流率，气体体积以进口处状态计。风压：单位体积气体(m3)获得能量。

J/m3→N/m2

（用mmH2O表示）五、往复压缩机

（使用绝对压力）压缩机的主要参数排气量：（按吸入状态计）

讨论题管道系统的配置与泵的选择

有一冷却洗涤塔直接用河水进行冷却，冬季河水温度为5℃，夏季河水温度为33℃，要求水流量为20m3/h，冬季河水水面离地面6m，夏季河水水面离地面4m。冷却洗涤塔内压力为10000Pa（表），从河水入口到泵入口的直管长为30m，其上需设吸滤底阀1个，90o弯头3个；从泵出口到冷却洗涤塔喷头的直管长为50m，其上需设止回阀1个，闸阀（半开）1个，90o弯头5个，转子流量计1个（当量长度取5m）；喷头离地面高度10m，喷头的阻力系数可取10（速度按管内速度计），大气压力为760mmHg，忽略温度对粘度的影响，选用：

(1)合适的管子；(2)合适的清水泵；(3)泵的安装高度。

解：(1)选用合适的管子：假设管道流速为2m/s，求出：

d=0.0595m

取3in钢管，d=0.0762m，求出满足流量为20m3/h时的管内流速：u=1.22m/s。

(2)选择合适的清水泵；

查5℃水：饱和蒸气压为917.2Pa，密度为999.8kg/m3，

粘度为1.16cp.

查33℃水：饱和蒸气压为5186.2Pa，密度为996.8kg/m3，

粘度为0.758cp.

计算不同温度下的Re，估算λ=0.02

取3in钢管，d=0.0762m，查管件的当量长度：

吸滤底阀32m，90o弯头2.5m，止回阀6.5m，

闸阀（半开）16m。

按冬季（水温5℃）、夏季（水温33℃）分别列伯努利方程，求算所需压头：

冬季（水温5℃）：

H=6+10+10000/999.8/9.81+[0.02×(32+7.5+30+6.5+16+5+12.5+50)/0.0762+10]×1.222/2/9.81

=20.95m（液柱）

夏季（水温33℃）：

H=4+10+10000/996.8/9.81+[0.02×(32+7.5+30+6.5+16+5+12.5+50)/0.0762+10]×1.222/2/9.81

=18.96m（液柱）

根据流量和所需压头，查泵手册：选流量为20m3/h，扬程为25.2m，转速2900r/min，允许吸上真空度7.2m。(3)确定泵的安装高度：计算冬季（水温5℃）、夏季（水温33℃）时的允许安装高度。

冬季（水温5℃）：

Hs’=[7.2+(10.33-10)-(917.2/9810-0.24)]

×1000/999.8=7.68m（液柱）

Hg=7.68-1.222/2/9.81-[0.02×(32+7.5+30)/0.0762]

×1.222/2/9.81=6.22m→5.22m

夏季（水温33℃）：

Hs’=[7.2+(10.33-10)-(5186.2/9810-0.24)]

×1000/996.8=7.26m（液柱）

Hg=7.26-1.222/2/9.81-[0.02×(32+7.5+30)/0.0762]

×1.222/2/9.81=5.80m→4.80m

根据冬季及夏季的允许安装高度的计算结果确定：泵安装于地面以下1m处。

流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节概述第二节流体通过颗粒的流动第三节颗粒在流体中的流动第四节流体通过颗粒床层流动第五节固体流态化第一节概述化工单元中经常遇到→多相流固定床反应器流化床反应器过滤吸附－离子交换沉降

•••一、单颗粒的特性及表征：大小颗粒的特性表面积形状1、对于球形颗粒，只用直径dP

可以表征2、对于非球形颗粒：当量直径球形度二、颗粒群的特性及表征

1、粒度分布

dp<dpi

的质量分率为Fi，

dpmax处F=1.0（F：粒度分布函数）2、平均直径：利用体积表面积直径3、分形维

(fractal)--fractional(分数的，碎的)

海岸线、山脉、粗糙断面，极不规则二维平面

D维客体，N最小数，σ截面积第三章流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节概述第二节流体通过颗粒的流动第三节颗粒在流体中的流动第四节流体通过颗粒床层流动第五节固体流态化第二节流体通过颗粒的流动曳力和曳力系数曳力：固体颗粒流动方向受到的力

FD=f(L,u,p,

)，u相对速度二、流体通过球形颗粒速度很小：爬流FD=3dpu，表面曳力占2/3，形体曳力占1/3。实验求得：三、流体通过不规则颗粒

流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节概述第二节流体通过颗粒的流动第三节颗粒在流体中的流动第四节流体通过颗粒床层流动第五节固体流态化第三节颗粒在流体中流动存在Δ

，在力场作用下存在相对运动一、重力沉降：加速→等速→终端速度uｔ二、颗粒沉降的计算方法1、试差法ut→区域，CD→ut

2、通过不含ut(d)的数群

3、无因次判据K

原讨论范围球形颗粒颗粒沉降互不干扰忽略器壁阻滞作用ｄ不可过小ｄ不小于2～3m三、影响颗粒沉降的其它因素

1、非球形颗粒

Δ形体影响dev，Φ→CDΔ沉降方位，以投影圆直径为de2、干扰沉降

Δ密度和粘度大于清液的悬浮体系中（浮力、阻力变化）

Δ颗粒向下，流体向上补充，影响其它颗粒↓holdup>10%3、器壁影响碰撞D<100d显著四、离心沉降目录

绪论第一章流体流动第二章流体输送机械第三章流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章非均相物系的分离第五章传热第六章蒸发总结第三章流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节概述第二节流体通过颗粒的流动第三节颗粒在流体中的流动第四节流体通过颗粒床层流动第五节固体流态化第四节流体通过颗粒床层流动一、颗粒床层特性ε的影响因素大小分布、不均匀ε↓dP/D↓ε↓

形状，（表面粗糙度）Ф↓ε↑

充填方式乱堆，振动ε↓

湿堆ε↑2、床层各向同性：各颗粒的定向性是随机的横截面上自由截面/床截面＝ε(壁效应、ε↑，u↑，适当↓dP/D)3、床层比表面二、流体通过颗粒床层的流动流道弯曲，截面变化，流动方向不同模型法：长度为Le一组平行管细管表面积＝全部表面积细管全部流动空间＝ε·总体积1、床层当量直径

2、流体通过床层的压降三、模型参数估值四、因次分析法与数学模型法1、列出主要影响因素通过无因次化减少变量数实验求取变量关系2、真实过程物理模型物理模型的数学描述实验检验、参数估值模型：简单、不失真

某方面等效目的：压降特性：爬流，阻力与表面关系

流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节概述第二节流体通过颗粒的流动第三节颗粒在流体中的流动第四节流体通过颗粒床层流动第五节固体流态化第五节固体流态化

大量固体颗粒，由于流体流动悬浮于流体之中。一、流态化基本概念垂直圆筒中装填均匀颗粒二、实际流化现象

1、散式流化床：均匀分布于流体之中，随机运动，界面清晰。

2、聚式流化床：空穴运动，上方颗粒被推开，空穴的合并和移动，界面不清。

3、节涌和沟流三、流化床特点轻物浮起表面水平

1、液体性质颗粒流出连通床面水平

Δp=W/A2、运动及混合3、碰撞及粉碎

4、比表面积5、停留时间问题四、最小流化速度及带出速度

期中小论文题目

1《化工中的物料衡算和能量衡算》2《柏努利方程的推导方法的比较》3《离心泵和往复泵》4《因次分析法与数学模型法的优劣》5自选题目

非均相混合物的分离第一节重力沉降及设备第二节离心沉降及设备第三节过滤第四节非均相体系分离的强化第一节重力沉降及设备分离介质气－固降尘室分散相液－固沉降槽连续相一、降尘室假设：①气流滞流流动（平推流）

②沉降高度H，ut以dmin计1、处理量VS（一定）

与H无关：H↘，VS一定u↗

停↘，

沉

↘。2、可采用多层，适当降低H。

a、保证滞流b、方便清理3、一般情况下

a、气体流速1～3m/s，Re(流动)＝1400-1700b、H=40mm-100mm，（除尘）

c、除尘颗粒75μm以上。二、悬浮液沉降槽目的：取清液；取沉渣（增稠器）1、沉降过程分析

AB界面在一定时间内等速下降、干扰沉降、颗粒大小不超过6:1、相同速度。相对于器壁：uo表观沉降速度（不同于ut）。其后：uo＝f(c)，AD界面下降缓慢：压紧过程。2、连续沉降槽计算清液上浮溢流→A，h，固体进入底流→求A假设：固相全部由底流排出；溢流清液无固体。W：固体质量流量kg/h；X：某截面悬浮液固液比；XC：底流悬浮液固液比。以固体为分析对象：固相实际流速＝u+uo，u：悬浮液体向下运动(底流带走部分液体)底流中固相体积流量：W/ρS底流总体积流量：各截面固体流道：若以浓度C，kg(固)/m3(悬浮液)表示：若以料浆体积流量Q，固相体积分率ef进料，eC出料：一般方法：简单模型后×安5m以下×1.5

小试求uo=f(c)全系数30m以上×1.2

求h：压紧时间比沉降时间大得多，tr实验测定，压紧区高度h。附加75%安全量，其它高度取1～2m。第四章非均相混合物的分离第一节重力沉降及设备第二节离心沉降及设备第三节过滤第四节非均相体系分离的强化第二节离心沉降及设备一、旋风分离器：(Cyclone)1、基本原理主体：上部圆形筒下部锥形筒含尘气体由上部切线进入，螺旋向下，尘沉落于壁面下落，气体沿中芯螺旋上升。旋转方向相同5

m以上尘粒，（不用于粘性，含湿高，腐蚀介质）具体过程十分复杂：

①速度：切向、径向、轴向

②压力：器壁最高（略低于进口）、向中心降低、气芯可降到负压2、结构尺寸及处理量：

①入口：高H，宽B②处理量：V=uiBHui－15～20m/s③标准式：h=D/2B=D/4D1=D/2H1=2DH2=2DS=D/8D2=D/43、临界粒径dC

dC：能被完全分离的最小粒径。假设：

①在Cyclone内切线速度恒定uT=ui②颗粒穿过一定厚度气流：B③颗粒与气流相对运动为层流

④忽略

空设气体在Cyclone内转N圈dC随B(D)↗而↗，→大型分离效果差，并联。☆假设①、②并不合理，但处理简单。4、分离效率

1)粒级效率ηi对于dPi≥dC，ηi＝100％但计算dC时考虑沉降距离为B，对于dPi<dC颗粒，若沉降距离小于B（B’<B）,亦可以分离：假设：进入待分离气流中大小颗粒均匀分布，即与筒壁距离小于B’的各种直径颗粒所占分率均为B’/B。

2)分割粒径d50(cutdiameter)对应的粒径d503)总效率5、压降主要包括进、出口，磨擦、局部阻力动能损失

6、选型和计算处理量V

设计原则：高效率分离效率η

低阻力压降例如：长径比大，出入口截面小

效率高，阻力大设计计算步骤：已知

Vm3/s由Δpf→ui（假设）

C入(kg/m3)由ui→dc(d50)→D(ηi分布)dpi分布

ηo总效率Vi=uiBHΔpf要求压降，V/Vi=n，n为小数时，再推回至适当的整数η旋风组>η同等处理量大直径分离器,<η单个小直径设备(气量分配，排灰口增多)二、离心机离心沉降(悬浮液)

离心分离(乳浊液)

离心过滤(过滤，转鼓)1、离心沉降：料液由底部送入，上部溢出清液鼓内流动自下而上(恒速)

从r1→r2服从Stokeseq.2、离心分离：液层作用于界面的静压强相等(静压由离心力引起)

非均相混合物的分离第一节重力沉降及设备第二节离心沉降及设备第三节过滤第四节非均相体系分离的强化讨论题：4－8

已知:ρS=2300kg/m3ρ=0.674kg/m3VS=1000m3/hμ=3.6×10-5Pa·s，标准式

<33-55-1010-2020-3030-4040-5050-60>60

3111727129.57.56.46.6

ηi(=di/dc)2

3.5%24.78%87.12%100%由ηo中各ηi核算，若ηo=90%，

3~5段颗粒ηi约为40%，0.4=(di/dc)2→dc约6.32

m

若Δpf不变，即ui不变：取D=0.24m，B=0.06m，h=0.12m，当取N=3

<33～5>55.34%38.0%100%→η=90.34%∴D=0.24m，N=3假设取

求出 D=0.3316，取D=0.34m,B=0.085m

可以满足要求。第四章非均相混合物的分离第一节重力沉降及设备第二节离心沉降及设备第三节过滤第四节非均相体系分离的强化第三节过滤一、基本概念

1、利用多孔介质截留悬浮液中的固体颗粒，液体从孔隙中流过实现固液分离。△目的：固液分离―要滤液；要滤并△过程：深层过滤―孔径＞颗粒体积分率＜0.1％表面过滤―架桥、过滤、洗涤、去湿、卸料△介质织物（滤布，金属网）粒状砂粒，藻土多孔固体介质（高分子膜，陶瓷）△助滤剂：对于压缩滤并：保证一定疏松状态△予涂△加入可压缩不可压缩二、过滤基本方程过程特点：有一定的推动力△P

存在过滤阻力（介质，滤并）过滤，洗涤，去湿，卸料四步骤基本物理量：△p；过滤面积A；过滤时间

；滤液体积V；假设滞流，满足Kozeny方程忽略滤并高度先忽略介质阻力，按Kozeny公式若考虑过滤介质阻力：当量高度Le，相当于Ve滤液量产生。

若考虑滤并可以压缩：

r0:压差为1N/m2，S：压缩指数0~1三、过滤过程的计算

1、恒压过滤：（恒定高位槽供料）

讨论2、恒速过滤：（正位移泵供料）3、恒速后恒压若

1

时，

p达到定值四、过滤常数的测定五、过滤设备

1、板框压滤机滤板滤框交替排列

2、加压叶滤机滤叶外加滤布，外

内

3、转筒真空过滤机六、间歇过滤机的生产能力

1、操作周期与生产能力过滤周期洗涤Σθ=θF+θW+θD

卸料，安装生产能力Q=V/Σθ2、洗涤速率

①洗涤压力＝过滤压力

②洗水μ

滤液μ洗涤速率与恒压过滤的最终过滤速率有关3、最佳操作周期七、连续式过滤机生产能力直径D，长度L，转速n(1/S)，浸没率φ=β/2π=浸入角度/360，若旋转一周时间1/n(S)，过滤时间（全面积）θ=φ/n，旋转一周的滤液量V。讨论题：D4－4一、原生产能力：

A＝0.8×0.8×10×2＝12.8m2充满滤框V并＝0.8×0.8×10×0.1=0.64m3θ1=1hV1=26.24m3θ2=2hV2=37.75m3

(充满滤框，V浆＝38.39m3）

可以解出：清水密度ρ水：（固相衡算）

二、改造方案生产能力：1、求V稀，V稠基准:充满滤框的V浆=38.39m3(固相基准）

2、求θ稀以介质阻力为主要的等速过滤

(可以采用不同体系表示)

3、求θ稠利用计算

①求K’：

②求

q’e③求θ稠

4、求Q′

非均相混合物的分离第一节重力沉降及设备第二节离心沉降及设备第三节过滤第四节非均相体系分离的强化第四节非均相体系分离的强化

从过程特点出发，强化过程1、改变介质－膜分离2、改变dV/dθ的变化，错流过滤(Cross-flowFiltration)3、改变间隙过程(Dual-FunctionalFilter)4、外场影响HGMS

高梯度磁性分离(HighGradientMagneticSeparation)

介电泳(Dielectrophoresis)

泡沫分离（表面活性剂作用）

传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间的传热第五节对流传热系数的关联式第六节热辐射第七节换热器第一节概述

化工过程中经常遇到气一液，液－液，气－固，液－固的换热过程。加热冷却过程强化保温――削弱过程一、传热的基本方式热传导分子振动无质点位移对流传热流体质点相对移动强制对流、自然对流电磁波形式传播热辐射放热→辐射能→吸收无需中间介质、能量转换，T高时的主要方式二、冷热流体接触方式直接接触式间壁式蓄热式三、传热速率：（传热速率）热流量Q：J/s

热流密度（热通量）q=dQ/dsJ/m2s四、稳态传热和不稳态传热

Q、q、及有关物理量（进出口T，t），不随时间变化

稳态第五章传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间的传热第五节对流传热系数的关联式第六节热辐射第七节换热器第二节热传导一、温度场和温度梯度在θ时刻物体（或空间）各点温度分布t=f(x,y,z,

)，若与θ无关为稳定温度场。相同t连结组成等温面：等温面不相交等温面上无热量传递三、导热系数

与物质组成、结构、温度、密度、压力等有关。(单位：w/mk)

金属101～102T

建材10-1～100w/mkT

绝缘材料10-2～10-1

液体10-1T

(水、甘油除外)

气体10-2～10-1

固体：

=

o(1+KT)λ0：0℃导热系数，金属K<0，非金属K>0液体：T

λ

(水、甘油除外)气体：T

λ

。高于2000atm，低于20mmHg，p

λ

四、平壁稳定热传导一平板，长宽与厚比无限大多层n层

不同，b不同存在n个温度差（接触面良好）

Q相同（通过各层）五、圆筒壁的稳定热传导六、具有内热源的热传导半径为ro、长度为L圆柱体（径向传热）单位时间单位体积产生热q’

传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间的传热第五节对流传热系数的关联式第六节热辐射第七节换热器第三节对流传热一、对流传热的机理

对流传热较多发生在固体壁面和流体之间。无相变强制对流；有相变液体沸腾自然对流蒸汽冷凝以无相变，强制对流为例：对流是由于质点相对位移而产生的热交换，它与流体流动状况有密切关系。

流体边界层

传热边界层层流底层，无y向速度梯度，热传导过渡层：开始出现y向速度梯度热传导（有温度差就存在）对流二、对流传热速率与传热膜系数（对流传热系数）一般采用牛顿冷却公式：

Tw壁温，T流体主体温度（同一截面），

传热膜系数，dS微元面积

的关联式：

不同壁面温度差不同－局部性质使用dS

冷热流体的S不同

：单位面积壁面，单位温差下传热速率W/m2k理论上

的求取：边界层壁面附近温度梯度与T-Tw，求出

第五章传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间的传热第五节对流传热系数的关联式第六节热辐射第七节换热器第四节两流体间的传热一、传热基本方程和传热系数实际过程的传热计算主要依靠几个关系热衡算传热速率方程传热膜系数关联式二、传热系数K：w/m2k

K与一定的表面积相关联（取基准）

阻力为各部分的加和

K代表局部性质（局部性质）

dS一般的处理方法为：定性温度

物性参数

平均

强化传热中的K：从热阻大的一方入手问题归结为求取K（

）和

K值范围：水－水850－1700

气－水17－280

气－气12－35

冷凝汽－水1420－4250三、平均温度差1、恒温差传热液体在恒定沸腾温度t蒸发饱和蒸汽加热，T下冷凝2、变温差传热：随位置改变热流体质量流量mS1，比热Cp1

冷流体质量流量mS2，比热CP2

条件：CP为均值；mS为常数；K为常数(无热损失)

传热第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间的传热第五节对流传热系数的关联式第六节热辐射第七节换热器第五节对流传热系数的关联式一、影响传热膜系数的因素

1、流体流动状态层流：忽略自然对流时，层流底层＝r

湍流：主要热阻在层流层，Re

，边界层减薄，

（注意管件、内构件影响，Re＝2000？）2、引起流动的原因自然对流时，近壁面处温度t>主流t1

膨胀公式：

体积膨胀系数。强制对流与Re有关。3、物性：都是t的函数4、传热面形状，大小，位置。（特征尺寸）5、有无相变化二、对流传热中的因次分析法按确定的几何形状讨论经因次分析可以得到

NusseltReynoldsPrandtGrashof(对流传热)(流动)(物性)(自然对流)1、应用范围：Re，Pr2、定性尺寸：3、定性温度：物性值三、流体在管内强制对流的

1、圆形直管内，强制湍流

1)低粘度流体（<2倍常温水粘度）

流体被加热n＝0.4，流体被冷却n＝0.3，热流方向的影响，主要影响边界层厚度（

值变化）

定性尺寸di

定性温度

管壁温度与流体平均温度相差不大（与

有关，水不超过20～30℃，油不超过10℃）

边界层形成（形体阻力）

短>

长2)高粘度流体（温差过大）2、圆形直管内，强制滞流

1)速度分布不同复杂性2)存在自然对流影响

3)入口段较大100d

（Re＝2000）1)忽略自然对流影响2)(4)l/d>50乘以校正系数

40302015101.021.051.131.181.28(5)垂直管流动方向与自然对流方向一致，

+15%

流动方向与自然对流方向相反，

-15%3、圆形直管过渡流

Re＝2300～10000之间，用湍流公式乘以

4、弯曲圆管内：由于离心力的作用，加速湍动产生二次环流5、非圆形管四、流体在管外强制对流的

1、管外流体平行流过：de的计算。

2、管外流体垂直流过

1)单管边界层增厚边界层脱离

Re小时，层流边界层

（低点）脱离

Re大时，层流边界层

（低点）湍流边界层

境厚

脱离

2)管束

Re>3000

do，u取最狭处：

定性温度排数不为10，乘以校正系数。3)换热器管间流动流速，流向不断变化，Re>100湍流挡板形式，（圆缺挡板）出现旁流，不能达到垂直流动若圆缺挡板，截去25％。小结：1、对流传热与流动、物性有关（温差）

Re

由此：热流方向温差

物性

w

2、必须注意经验公式的使用条件

L，t，Re，Pr3、含Gr，使用膜温4、

的大小

a)

湍>

层

短>

长

b)换热器

c)加强湍动程度五、流体作自然对流的

定性温度：膜温，tw与(t1+t2)/2的平均值定性尺寸水平管do，垂直管L查表!六、蒸汽冷凝的

1、冷凝过程机理加热介质－饱和蒸汽壁面

低于饱和蒸汽温度

汽相温度唯一。

无汽相热阻（忽略气流补充的压降）冷凝放出的潜热必须通过液膜传向壁面给热的热阻主要来自于壁面上的液膜

液体浸润壁面－膜状冷凝不浸润－滴状冷凝，α比前者大几至十几倍膜状冷凝：膜厚不同，α不同。

L足够大时，湍流若液膜滞流

热传导为主。2、垂直壁面的膜状冷凝

1）