四川大学化工原理总复习罗建洪

化工原理复习

罗建洪博士复习1流体的

物理性质

连续介质假定混合液体的密度流体的密度（kg/m3)混合气体的密度混合气体的平均摩尔质量

流体的粘度（Pa.s)牛顿粘性定律(1.1.9)粘度——衡量粘性大小的物理量粘度的物理意义：当du/dy=1时，μ=τ

说明在相同的流动条件下，流体的黏度越大，内摩擦力也就越大，需要克服的阻力越大。粘度的单位SI制：习惯使用单位：1P=1dyne.s/cm2=0.1Ns/m2=100cP压力对黏度的影响可忽略不计；温度对黏度的影响很大液体：温度↑，m↓；气体：温度↑,m↑

。混合物的粘度混合液体粘度计算（不缔合混合液）混合气体粘度计算式中：mm——混合物的粘度，Pa.s

y、x——气体、液体的摩尔分率；

M——气体的分子量（物质的量）,kg/kmol流体

受力

场力——隔距离作用，施加在每个质点上的力。N

表面力压力=正应力切应力=剪应力通过直接接触，施加在接触表面的力。N/m2表面张力

——液体与不同流体的相邻界面上存在的一种特殊的作用力。

N

压力：单位1at=9.807×104N/m2=735.6mmHg=10mH2O=0.1MPa=1kgf/cm21atm=1.0133×105N/m2=760mmHg=10.33mH2O物理大气压工程大气压压力的习惯表述：（真实压力>大气压时）绝对压力=大气压+表压（真实压力<大气压时）绝对压力=大气压-真空度p2=p0+Hrg流体静力学基本方程式注意：流体静力学方程只能用于静止的，连通的同一种流体内部。zop0z2Hp2r稳态与非稳态流动（Steadyandunsteady）

非稳态流动——流动参数随时间变化，如：T=f(x,y,z,t)

稳态流动——流动参数不随时间变化，如：T=f(x,y,z)流体流动的基本概念(p14)

流量与流速（p15)管径

d：对于圆管注意：管径的表示方法Φ59×4.5mm∴管内径

d

=59-2×4.5=50

mmΦ59Φ50外径壁厚

稳态体系的物料恒算对于液体：r1=r2=r

连续性方程qm=r1qV1=r2qV2qV1=A1u1=qV2=A2u2（）p42A1=0.785u12

A2=0.785u22

流型与雷诺数（p16)层流(LaminarFlow)：

流体的质点平行于管道中心方向作有规则的运动，不产生宏观混合。Re<2000过渡流：2000<Re<4000

湍流（TurbulentFlow）：

流体的质点作不规则的紊乱运动。Re>4000

Re是无因次数，因此d,u,r,m

必须用同一单位制。:剪应力（动量扩散通量），N/m2sm:黏度（动量扩散系数）du/dy:速度梯度，动量传递推动力热量扩散与傅立叶定律(1.4.13)q：热传导通量（热量扩散通量），J/m2sk：热传导系数，W/m.KdT/dy：温度梯度(传热推动力)，K/m质量扩散与菲克定律(1.4.16)jAB：分子扩散通量（传质通量），kg/m2sDAB：质量扩散系数，m2/

sd(rwA)/dy：浓度梯度(传质推动力)，kg/m4动量扩散与牛顿黏性定律(1.1.9)流体中的扩散现象与扩散定律

复习3研究内容：1、完成一定输送任务，选择适宜的流速以确定输送管径；2、确定流体流动的能耗，以选择输送设备的型式、规格；3、测量流量、压力的原理和方法；4、输送设备的正确选型、安装与使用。第三章

流体输送与流体输送机械3.0流体连续稳定流动的机械能衡算式:(3.1.1)

广义的伯努利方程:连续性方程柏努利方程体积平均流速流体输送机械的有效功率

轴功率

对于可压缩流体，当（p1-p2）/p1<10%时，可将其视为不可压缩流体，但r=（

r1+r2

）/2

包括所选截面间全部管路阻力损失3.1.1基本方程:不可压缩流体3.1流体输送管路计算的基本方程（p119)

根据题意做出简图，并标出已知数据：确定基准面：在计算截面之下，或以低截面为基准。选择计算截面：●截面与流体流动方向垂直；

●两截面之间包含未知数；●计算截面上已知量最多。

利用基本方程（伯努力方程等）解决问题。

流体输送管路计算步骤3.2管路阻力损失（p123）流体阻力损失∑hf

直管阻力流经直管时由于流体的内摩擦

损失hf：产生。

局部阻力流经管件阀件时，流道突变产损失hf’

：生的。由管件的阻力特性决定。直管摩擦

阻力计算式：(2.3.56)层流湍流∑hf

=hf

+hf

’圆管内稳态流动的速度分布层流管中心的最大流速计算式速度分布曲线平均流速与最大流速之关系湍流当4×104<Re<3.2×106平均流速与最大点速之关系输送管路计算3.3.2简单管路：无分支变径管路:qm1=qm2=qm3=qm

不可压缩流体：qV1=qV2=qV3=qV

u1d12=u2d22=u3d32

∑hf=l1(l1/d1)(u12/2)+l2(l2/d2)(u22/2)+l3(l3/d3)(u32/2)+z1(u12/2)+z2(u32/2)

计算变径管的局部阻力时，取小管内的流速。qm231z1z23.3.1管径的确定：若qV

一定：u↑，则d

↓；若u↓

，则d↑

。u

的大小，反映了操作费用的多少；d

的大小，反映了造价费用的多少。

3.3.3并联管路计算(p133)：分支后有汇合点

流量：主管中的质量流量等于并联各支管内质量流量之和。对于不可压缩流体(2)能量：分流点A总能量EA=pA/r+uA2/2+zAg

汇合点B总能量EB=pB/r+uB2/2+zBg并联管路各支管单位质量流体阻力损失相等qm=qm1+qm2+qm3rqV=rqV1+rqV2+rqV3qV=qV1+qV2+qV3∴∑hf1=∑hf2=∑hf3J/kg单位质量3.3.3分支管路计算：分支后无汇合点（p134)

（1）流量：主管中的质量流量等于各支管内质量流量之和。

对不可压缩流体即为qm=qm1+qm2=qm1+（qm3

+qm4

）rqV=rqV1+rqV2

=rqV1+（rqV3+rqV4）qV=qV1+qV2=qV1+（qV3+qV4）(2)能量：从最远分支点算起——设计型计算

在设计中要满足能量最大的用户，如ED>ED

′，则以ED为准，多余的能量用阀门控制。操作型计算：管路已经设计好，此时ED=ED

′，教材上公式（3.3.14）即为此情况。管路特性

方程HL=△z+△p/rg

+KqV2

he=△zg+△p/r

+△u2/2+∑hf

J/kg柏努力方程J/kgHL

=he/g=△z+△p/rg

+△u2/2g+∑Hf

m液柱m液柱m液柱物理意义：表述了一定管路系统输送流体的流量与所需提供的机械能的关系3.5流速与流量的测定3.5.1测速管（Pitottube）——测定点速测量原理：动能转换为静压能(3.5.5)标准管：c=1，非标准管：c≠1，3.5.2

孔板流量计与文丘里流量计

——测量管内平均流速（p151)

孔板流量计C0=0.6～0.7;

文丘里流量计C0>

0.9测量原理：压力能转换为动能特点：管道与孔口处流道面积不变，管道与孔口处变流速，变压差。

转子流量计——测量流体体积流量

锥形管中流体在可以上下浮动的转子上下截面由于压差（p1－p2）所形成的向上推力与转子的重力相平衡。稳定位置与流体通过环隙的流速u0有关。原理

直接从刻度读出体积流量。特点：环隙面积改变，环隙内流速恒定，转子上下截面压差恒定。

转子流量计的刻度换算：

转子流量计的刻度换算：

转子流量计上的刻度，一般使用20℃的水或者20℃、0.1MPa的空气进行流量标定并直接按高度刻度。如被测流体与标定条件不符应进行刻度换算（设CR不变）。同一刻度位置时的换算公式为：

液体V,r——20℃下水的流量与密度；V′,r′——被测流体的流量与密度。气体测定空气，但温度、压力不同：V：T=20℃,p=0.1MPa时空气的流量，V′：T′和p′下空气的流量。被测气体不是空气，且温度、压力也不同：V：T=20℃,p=0.1MPa，r=1.2kg/m3时空气的流量，V′：T′,p′,r′下被测气体的流量。3.6.1离心泵（p157)1、离心泵的主要部件及工作原理主要

部件叶轮

泵壳

轴封所起作用及型式工作原理气缚现象2、离心泵的主要性能参数和特性曲线（p163)（1）流量

（排液能力、送液能力）

：qV

l/s,m3/h（2）扬程（压头）：H

m液柱——泵在实际工作条件下能提供给单位重量的流体的机械能。（3）效率h——表示能量的有效利用程度，是泵内各种能量损耗总合的反映。（4）轴功率N

——

原动机直接传递给泵的功率，WNe

/h=qmhe/h

=(rqV)(Hg)/h

离心泵的性能曲线（1）H—qV

曲线：随qV

↑，H↓（2）N—qV曲线：

qV↑，N↑。

02040608010012014004812162024283236010203040506070809004812

H[m]qV/m3/hh[%]N[kW]Hn=2900r/min离心泵IS00-80-160BN

选泵应选在高效区内——0.92hmax的区域。（3）

h—qV曲线：

不同流量时效率不同，有一最高点

hmax——泵的最佳工作点。

泵铭牌上标注的流量、扬程、功率和效率均是最大效率时的数值，即泵的设计点时的数值。

泵厂提供的特性曲线均是以20℃清水、一定转速下测得的，若使用条件与此不符，特性曲线应酌情考虑校正：

①

密度r

改变，H—qV

、

h—qV曲线基本不变，而N—qV

曲线则因N∝

r

而改变；

②

粘度m

改变

当运动黏度n<

20cSt(厘斯)时，泵的性能曲线基本不变；

当运动黏度n>20cSt时，H、qV

、

h需按有关的图表进行校正。

③

转速n

改变，且变化小于20%

时，H、qV

、N可按比例定律校正。④

叶轮直径D

改变，且变化小于20%时，H、qV

、N可按比例定

律（切割定律）校正。⑤

若泵串、并联组合操作，则泵组合的H—qV曲线与单台泵不同。

设单台泵的性能曲线为：H单

=A+KqV单2，

则两台泵串联的性能曲线为：H串

=2A+2KqV串2，

两台泵并联的性能曲线为：H并

=A+K（qV并/

2）2。3、离心泵的安装高度与汽蚀现象汽蚀现象产生：症状：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。后果：叶轮受冲击而产生剥落；泵轴振动强烈，甚至振断。防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv。安装高度Dh:允许汽蚀余量，m液柱；

由离心泵厂家向用户提供。

列管式间壁传热器传热面积流体流动截面积单管程列管换热器双管程列管换热器双管程列管换热器复习7傅立叶定律

通过平壁的稳定热传导通过圆筒壁的稳定热传导bxoQAT1T2R1R2T1T2LQb=R2-R1

导热系数k

是物体的物理性质，k=f(t)；物体的k

越大，导热性能越好；物质种类不同，k的悬殊很大。多层壁面的稳态热传导稳定的串联传热过程分推动力/分阻力总推动力/总阻力k1k2k3平壁

多层圆筒壁

l热传导qu1Tw热流体Th1高温流体对流传热低温流体对流传热冷流体

th2u2tw热对流的基本定律——牛顿冷却定律对流传热系数，W/(m2.℃)圆直管内强制湍流。

应用范围:Re>104;0.7<Pr<120;l/d1>60;m<2cP;

定性温度:t=(t1+t2)/2,流体进出口温度的算术平均值；特征尺寸:l=d1→管内径Re>104l/d1>60m<2cP0.7<Pr<120对流传热有相变无相变冷凝传热沸腾传热自然对流强制对流管外对流管内对流圆形直管非圆管道弯管湍流过渡流滞流影响因素及强化措施注意：分清h

公式的适用范围分清h

公式中的定性温度、特征尺寸、流速的计算分类：

设备的热损失应为对流传热量和辐射传热量之和热辐射——基本概念高温设备的热损失传热任务传热能力传热负荷（任务）的计算1、冷热流体均无相变：Q=W1Cp1(T1-T2)=W2Cp2(t2-t1)2、热流体冷凝放热，冷流体吸热：Q=W1g1=W2Cp2(t2-t1)3、冷流体吸热汽化，热流体放热：Q=W1Cp1(T1-T2)=W2g2

4、冷热流体均发生相变：Q=W1g1=W2g2

间壁换热器，忽略热损失，Q吸=Q放=Q在间壁换热器中以蒸汽为加热剂时，往往只利用相变潜热传热过程的计算传热推动力——平均温度差的计算

逆流、并流、一侧变温：错流和折流：ψ——温差修正系数y由查图或理论计算式得出；

y<1,y应该大于0.8。△t1

——换热器进口处热流体与冷流体的温度差；△t２——换热器出口处热流体与冷流体的温度差。

总传热阻力（１／ＫＡ）——

Ｋ的计算1、利用串联热阻计算K值热传导dQu1热流体h1高温流体对流传热低温流体对流传热冷流体

h2u2T1T2t1t2Twt