食品工程原理复习资料重要公式总结样本

目录

第1章流体流动与输送设备

第一节流体静力学.....................................................

第二节流体动力学.....................................................

第三节管内流体流动现象...............................................

第四节流体流动阻力....................................................

第五节管路计算.......................................................

第六节流速与流量测量................................................

第七节流体输送设备...................................................

第2章传热................................................................

第一节概述...............................................................

第二节热传导.............................................................

第三节对流传热...........................................................

第四节传热计算...........................................................

第五节对流传热系数关联式................................................

第六节辐射传热..........................................................

第七节换热器............................................................

第4章非均相物系分离....................................................

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5章干燥...............................................................

第一节概述..............................................................

第二节湿空气性质及湿度图...............................................

第三节干爆过程物料衡算与热量衡算......................................

笫四节干燥速率和干•烧时间

第五节干燥器............

第六节过程强化与展望-

第1章流体流动与输送设备

第一节流体静力学

流体静力学重要研究流体处在静止时各种物理量变化规律。

1-1-1密度

单位体积流体质量，称为流体密度。

p=f(p,T)

液体密度普通液体可视为不可压缩性流体，其密度基本上不随压力变化，但随温度变

化，变化关系可从手册中查得。

液体混合物密度由下式计算:

1a.aa

——=_L+—Ly+…+—InL

PiPi

式中，为液体混合物中i组分质量分数;

气体密度气体为可压缩性流体，当压力不太高、温度不太低时，可按抱负气体状态

方程计算

P笔

普通在手加中直得气体密度都是在定压力与温度下数值，若条件不同，则此值需进行

换算。

气体混合物密度由下式计算:

=夕也+。必+…+。他

式中,为气体混合物中i组分体积分数。

或

其中Mn+”2%+~+加“)，"

式中,为气体混合物中各组分摩尔分率。对于抱负气体，其摩尔分率y与体积分数中相

似。

1-1-2压力

流体垂直作用于单位面枳上力，称为流体静压强，又称为压力。在静止流体中，作用于任

意点不同方向上压力在数值上均相似。

压力单位

按压力定义，其单位为N/m2,或Pa；

以流体柱高度表达，如用米水柱或亳米汞柱等。

原则大气压换算关系：

1atm=1.013X105Pa=760mmHg=10.33mH2O

压力表达办法

表压=绝对压力一大气压力

真空度=大气压力一绝对压力

1-1-3流体静力学基本方程

静力学基本方程：

压力形式〃2=Pl+X^（2）-Z2）

能量形式+Z]g=+z,g

pp

合用条件：在重力场中静止、持续同种不可压缩流体。

（1）在重力场中，静止流体内部任一点静压力与该点所在垂直位置及流体密度关于，而

与该点所在水平位置及容器形状无关。

（2）在静止、持续同种液体内，处在同一水平面上各点压力处处相等。液面上方压力变

化时，液体内部各点压力也将发生相应变化。

（3）物理意义：静力学基本方程反映了静止流体内部能量守恒与转换关系，在同一静止

流体中，处在不同位置位能和静压能各不相似两者可以互相转换，但两项能量总和恒为

常量。

应用：

1.压力及压差测量

（1）U形压差计

Pi-Pi=（pQ-p）gR

若被测流体是气体，可简化为

Pl-P2a咫。0

U形压差计也可测量流体压力，测量时将U形管一端与被测点连接，另一端与大气相通.此时

测得是流体表压或真空度。

（2）倒U形压差计

Pi-Pi=Rg（p-Po）«Rgp

（3）双液体U管压差计

P\-P2=Rg（P「Pc）

2.液位测量

3.液封高度计算

第二节流体动力学

1-2-1流体流量与流速

一、流量

体积流量VS单位时间内流经管道任意截面流体体积，m3/s或m3/h。

质量流量mS单位时间内流经管道任意截面流体质量，kg/s或kg/h。

二、流速

平均流速u单位时间内流体在流动方向上所流经距离,m/s。

质量流速G单位时间内流经管道单位截面积流体质量,kg/（m2・s）.

互有关系：

}]质量流量ms

、ms=GA=nd2G/4

kg/sms;MsP

体积流量Vsm3/s'

质量流速Gkg/（m2•s）\

（平均）流速um/sG=up

1-2-2定态流动与非定态流动

流体流动系统中，若各截面上温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化,

这种流动称之为定态流动；若流体在各截面上关于物理量既随位置变化，也随时间变化.则称

为非定态流动。

1-2-3定态流动系统质量守恒一持续性方程

=，〃S2=…=常数

“iPlA=町。2A2=••，=常数

。二堂物（木UT氏编潴休、

%=匕2〜.一常数

=〃24=—=常数

局登

1-2-4定态流动系统机械能守恒一柏努利方程

2^2=…=常数

一、实际流体柏努利方程

以单位质量流体为基准:

12P1+此=生+*+黄双

Z&+不对+—J/kg

2P

以单位重量流体为基准:

z.H------u.~++H=z24------u-)~++2%J/N=m

2gp2g席

合用条件：（1）两截面间流体持续稳定流动;

（2）适于不可压缩流体，如液体;

对于气体，当，可用两截面平均密度Pm计算。

二、抱负流体柏努利方程

抱负流体是指没有黏性（即流动中没有摩擦阻力）不可压缩流体。

12Pi12P,

+一=Z2g+不〃2+一

2P2p

12Pi12Pl

Z|+丁/+—=z+--U+——

2gpg22g2pg

表白抱负流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，

三、柏努利方程讨论

（1）当系统中流体处在静止时，柏努利方程变为

PP

上式即为流体静力学基本方程式。

（2）在柏努利方程式中，zg、、分别表达单位质量流体在某截面上所具备位能、动

能和静压能：而We、2Wf是指单位质量流体在两截面间获得或消耗能量。

输送机械有效功率：

输送机械轴功率：

四、柏努利方程应用

（1）应用柏努利方程时需注意问题：

（2）截面选用

（3）所选用截面应与流体流动方向相垂直，并且两截面间流体应是定态持续流动。截面

宜选在已知量多、计算以便处.截面物理量均取该截面上平均值。

（4）基准水平面选用

基准水平面可以任意选用，但必要与地面平行。为计算以便，宜于选用两截面中位置较低截面

为基准水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选管中心线水平面。

（3）计算中要注意各物理量单位保持一致，对于压力还应注意表达办法一致。

第三节管内流体流动现象

1-3-1流体黏度

一、牛顿黏性定律

牛顿黏性定律表白流体在流动中流体层间内摩擦力或剪应力与法向速度梯度之间关系,

其表达式为

dwdu

Fr=juAx——或r=//——

dydy

牛顿黏性定律合用于层流。

黏度是度量流体黏性大小物理量，普通由实验测定。

物理意义：促使流体在与流动相垂直方向上产生单位速度梯度时剪应力。

单位：Pa,s,cPlcP=10-3Pa,s

影响因素：温度与压力

液体:Tt,PI；不考虑p影响。

气体:Tt,ut;普通在工程计算中也不考虑p影响。

剪应力与速度梯度关系符合牛顿黏性定律流体，称为牛顿型流体；不符合牛顿黏性定律

流体称为非牛顿型流体。

运动黏度为黏度口与密度0比值，单位为m2/s,也是流体物理性质。

1-3-2流体流动型态

一、流体流动类型

层流（或滞流）流体质点仅沿着与管轴平行方向作直线运动，流体分为若干层平行向前

流动，质点之间互不泡合；

湍流（或紊流）流体质点除了沿管轴方向向前流动外，尚有径向脉动，各质点速度在大

小和方向上都随时发生变化，质点互相碰撞和混合。

二、流型判据一雷诺准数

/?e=—（1-28）

（1）Re为无因次准数，是流体流动类型判据，

（2）当!^^时:流动为层流，此区称为层流区；

当Re24000时，普通浮现湍流，此区称为湍流区；

（3）Re<4000时，流动也许是层流，也也许是湍流，该区称为不稳定过渡区。

依照Rc准数大小将流动分为三个区域：层流区、过渡区、湍流区，但流动类型只有两种:

层流与湍流。

宙诺准数物理意义：表达流体流动中惯性力与黏性力对比关系，反映流体流动湍动限度。

1-3-3流体在圆管内速度分布

一、层流时速度分布

由实验和理论已证明，层流时速度分布为抛物线形状，管中心处速度为

最大，管壁处速度为零。管截面上平均速度与中心最大流速之间关系为

1

〃二］〃max

二、湍流时速度分布

湍流时速度分布由实验测定，管中心区速度最大，管壁处速度为零。管截面上平均速度与

中心区最大流速之间关系为

“X0・8〃max

三、层流内层概念

当流体在管内处在湍流流动时，由于流体具备黏性和壁面约束作用，紧靠壁面处仍有一

薄层流体作层流流动，该薄层称为层流内层（或层流底层），

层流内层为传递过程重要阻力。其厚度与流体湍动限度关于，流体湍动限度越高，层流内

层越薄。层流内层只能减薄，但不能消失.

第四节流体流动阻力

1-4-1流体在直管中流动阻力

一、直管阻力通式

范宁公式几种形式：

能量损失Wf=A-—

d2

,%"

压头损失/!,-=—^2-—

Sd2g

压力损失功.二2叱=几

d2

二、层流时摩擦系数

层流时摩擦系数久是雷诺数Re函数

Re

流体在直管内层流流动时能量损失计算式为

W=322Z/M

pd-

或加「二2”一一哈根.泊谡叶方程

d~

表白层流时阻力与速度一次方成正比。

三、湍流时摩擦系数

因次分析法重要环节

（1）通过初步实验和校系统分析•，找出影响过程重要因素；

（2）通过无因次化解决，将影响因素组合成几种无因次数群，减少变量数和实验工作量;

（3）建立过程无因次数群关联式（普通采用品函数形式），通过实睑拟定出关联式中各

待定系数。

因次分析法基本：因次一致性，即每一种物理方程式两边不但数值相等，并且每一项都应

具备相似因次。

因次分析法基本定理：设影响某一物理现象独立变量数为n个，这些变量基本因次数为m

个，则该物理现象可用N=（n-m）个独立无因次数群表达。

湍流时摩擦系数人是Re和相对粗糙度函数：

d

A-Re-图:

(1)层流区Re<X=64/Re,与无关Wf,hfJul

(2)过渡区<Rc<4(X)0X=f<Rc,)

(3)湍流区Re>4000X=f(Re,)Wf,hf8ul~2

(4)完全湍流区Re>RecX=f()与Re无关Wf,hfau2

（阻力平方区）（虚线以上）

四、非圆形管内流动阻力

此时仍可用圆管内流动阻力计算式，但需用非圆形管道当量直径代替圆管直径。

流通截面积=40

当量直径4=4x

润湿周边n

1-4-2局部阻力

一、阻力系数法

将局部阻力表达为动能某一倍数，

%"，或儿=4}

22g

式中，C称为局部阻力系数，普通由实验测定。注意，计算突然扩大与突然缩小局部阻力

时,U为小管中大速度。

进口阻力系数，出口阻力系数。

二、当量长度法

将流体流过管件或阀门局部阻力，折合成直径相似、长度为直管所产生阻力即

或

式中称为管件或阀门当量长度，也是由实验测定。

1-4-3流体在管路中总阻力

当管路直径相似时，总阻力：

£明平一叫「二卫+"一

<«）2

或Z%=%+%'=>/隹］《

d2

注意：计算局部阻力时，可用局部阻力系数法，亦可用当量长度法，但不能用两种办法重

复计算。

第五节管路计算

1-5-1简朴管路

在定态流动时，其基本特点为：

（1）流体通过各管段质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变，即

%二%"%

（2）整个管路总能量损失等于各段能量损失之和，即

工吗=%+%+Wf3

计算可分为两类：设计型和操作型。计算中注意试差法应用。

1-5-2复杂管路

一、并联管路

特点：

（1）主管中流量为并联各支管流量之和，对F不可压缩性流体，则有

（2）并联管路中各支管能量损失均相等，即

ZWfl=ZWf2=XWf3=Z%AB

注意：计算并联管路阻力时，可任选•根支管计算，而绝不能将各支管阻力加和在•起作

为并联管路阻力。

二、分支管路与汇合管路

特点：

（1）总管流量等于各支管流量之和，对于不可压缩性流体，有

匕=%+%

（2）虽然各支管流量不等，但在分支处。点总机械能为一定值，表白流体在

各支管流动终了时总机械能与能量损失之和必相等。

+Z+Z/+ZWfOB=-+zc8+7：lic+ZWfoc

—PB^T2Bp2

第六节流速与流量测量

1-6-1测速管

测速管测得是流体在管截面某点处速度，点速度与压力差关系为：

用U形压差计测量压差时

注意测速管安装时若干问题。

1-6-2孔板流量计

孔板流量计是运用流体流经孔板先后产生压力差来实现流量测量。

孔速“。=射产等^

体积流量匕=〃。&=。。&『叱..

质量流量砥=C（A/2Rgp（Po-p）

式中CO为流量系数或孔流系数，,惯用值为（20=0.6~0.7。

孔板流量计特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。

1-6-3文丘里（Venturi）流量计

文丘里流量计也属差压式流量计，其流量方程也与孔板流量计相似，即

式中Cv为文丘里流量计流量系数（约为098〜0991

文丘里流量计能量损失远不大于孔板流量计。

1-6-4转子流量计

转子流量计是通过转子悬浮位置处环隙面积不同来反映流量大小。

J2(0f-0)匕］

环隙流速

V研

12(0—初匕g

体积流量

Vp\

式中CR为流量系数,AR为转子上端面处环隙面积。

转子流量计特点：恒压差、恒环隙流速而变流通面积，属截面式流量计。

转子流量计刻度,是用20℃水（密度为1000kg/m3）或20℃和101.3kPa下空气（密度

为1.2kg/m3）进行标定。当被测流体与上述条件不符时，应进行刻度换算。

在同•刻度下，两种流体流量为

匕2_一一2)

%VA(Pf-A)

式中下标1表达标定流体参数，下标2表达实际被测流体参数。

注意：转子流量计必要垂直安装；为便于检修，转子流量计应安装支路。

第七节流体输送设备

1-7-1离心泵

一、离心泵工作原理与构造

1.工作原理离心泵启动前，应先将泵壳和吸入管路布满被输送液体。启动后，泵轴带动

叶轮高速旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心甩向外缘。流体在此过程中获得能量.使静

压能和动能均有所提高。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体流速逐渐

减少，又将一某些动能转变为静压能，使泵出口处液体静压能进一步提高，最后以高压沿切线

方向排出。液体从叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成低压，在贮槽液面和泵吸入口之间压

力差作用下，将液体吸入叶轮。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会持续不断地吸入和排出,

达到输送目。

气缚现象：离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有布满液体，则泵壳内存有空气，而空气密

度又远不大于液体密度，故产生离心力很小，因而叶轮中心处所形成低压局限性以将贮槽内

液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚现象，表白离心泵无

自吸能力。因而，离心泵在启动前必要灌泵。

2.离心泵重要部件

叶轮其作用为将原动机能量直接传给液体，以提高液体静压能与动能(重要为静压能)。

泵壳具备汇集液体和能量转化双重功能。

轴封装置其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵低压区。惯用轴封装

置有填料密封和机械密封两种。

二、离心泵性能参数与特性曲线

1.性能参.

流量Q离心泵单位时间内输送到管路系统液体体积，m3/s或m3/h。

压头（扬程）H单位重量液体经离心泵后所获得有效能量,J/N或m液柱。

效率n反映泵内能量损失，重要有容积损失、水力损失、机械损失。

轴功率P离心泵轴功率是指由电机输入离心泵泵轴功率，W或kW。

离心泵有效功率凡是指液体事实上从离心泵所获得功率。

〃二占100%

P

泵有效功率：或

泵轴功率为P=&1PS.或尸=2空

〃102〃

..2.特性曲线

离心泵特性曲线是在一定转速下，用20℃水测定，由H-Q、P-Q、n-Q三条曲线构成。

（1）H-Q曲线：离心泵压头在较大流量范畴内随流量增大而减小。不同型号离心泵,H-Q曲线

形状有所不同。

（2）P-Q曲线：离心泵轴功率随流量增大而增大，当流量Q=0时，泵轴消耗功率最小。

因而离心泵启动时应关闭出口阀门，使启动功率最小，以保护电机。

（3）-Q曲线：开始泵效率随流量增大而增大，达到一最大值后，乂随流量增长而下降。

这阐明离心泵在一定转速下有一最高效率点，该点称为离心泵设计点。普通离心泵出厂时铭牌

上标注性能参数均为最高效率点下之值。高效率区普通为最高效率92%左右区域。

3.影响离心泵性能重要因素

密度：Pf-Q不变,H不变，。基本不变,Pf；

黏度：unI,Pt；

转速：比例定律

叶轮直径：切割定律

三、离心泵工作点与流量调节

1.管路特性曲.

管路特性曲线表达在特定管路系统中，输液量与所需压头关系，反映了被输送液体对输送机械能量

规定。

管路特性方程He=A+BQ2

其中，

管路特性曲线仅与管路布局及操作条件关于，而与泵性能无关。曲线截距A与两贮槽

间液位差及操作压力差关于，曲线陡度B与管路阻力状况关于。高阻力管路系统特性曲线

较陡峭，低阻力管路系统特性曲线较平坦。

2•工作.....

泵安装在特定管路中，其特性曲线H-Q与管路特性曲线He-Q交点称为离心泵工作点。若

该点所相应效率在离心泵高效率区，则该工作点是适当。

工作点所相应流量与压头，可运用图解法求取，也可由

管路特性方程：

泵特性方程：

联立求解。

.3.流量调.

（1）变化管路特性曲线

最简朴调节办法是在离心泵排出管线上安装调节阀。变化阀门开度，就是变化管路阻力

状况，从而使管路特性曲线发生变化。

这种变化出口阀门开度调节流量办法，操作简便、灵活，流量可以持续变化，故应用较广,

特别合用于调节幅度不大，而经常需要变化流量场合。但当阀门关小时，不但增长了管

路阻力，使增大压头用于消耗阀门附加阻力上，口使泵在低效率下工作，经济上不合理。

（2）变化泵特性曲线

通过变化泵转速或直径变化泵性能。由于切削叶轮为一次性调节，因而普通采用变化泵转

速来实现流量调节。

这种调节办法，不额外增长阻力，且在一定范畴内可保持泵在高效率下工作，能量运用率

高。

4.离心泵组合操作

（1）并联操作

两泵并联后，流量与区头均有所提高，但由于受管路特性曲线制约，管路阻力增大,两台

泵并联总输送量不大于原单泵输送量两倍。

（2）串联操作

两泵串联后，压头与沆量也会提高，但两台泵串联总压头仍不大于原单泵压头两倍。

（3）组合方式选取

如果单台泵所提供最大压头不大于管路两端，则只能采用串联操作。

对于低阻输送管路，并联组合优于串联：而对于高阻输送管路，串联组合优于并联。

四、离心泵汽蚀现象与安装高度

1.汽蚀现象

汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或不大于同温度下液体饱和蒸气压时，液体发生汽化,

气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高冲击，泵体强烈振动并发出噪声,

液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵汽蚀.

2.汽蚀余量

2

实际汽蚀余量NPSH=—+

Pg2gpg

容许汽蚀余最（NPSH）允=3型+江■一生

Pg2gpg

普通由泵制造厂通过汽蚀实验测定。泵正常操作时，实际汽蚀余量必要不不大干容许

汽蚀余量，原则中规定应不不大于0.5m以上。

3.离心泵容许安装高度

离心泵容许安装高度是指贮槽液面与泵吸入口之间所容许垂直距离。

4允=止生一（%"”）允-次的

pg

依照离心泵样本中提供容许汽蚀余量，即可拟定离心泵容许安装高度。

实际安装时，为安全计，应再减少0.5〜1m。

判断安装与否适当：若低于，则阐明安装适当，不会发生汽蚀现象，否则，需调节安装

高度。

欲提高泵容许安装高度，必要设法减小吸入管路阻力。泵在安装时，应选用较大吸入管路,

管路尽量地短，减少吸入管路弯头、阀门等管件，而将调节阀安装在排出管线上。

五、离心泵类型与选用

1.离心泵类型

按输送液体性质和使用条件，离心泵可分为如下几种类型：

（1）清水泵：合用于输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水其他液体。

（2）耐腐蚀泵：用于输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体。

（3）油泵：用于输送石油产品“

（4）液下泵：普通安装在液体贮槽内，可用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。

（5）屏蔽泵：用于输送易燃易爆或剧毒液体。

2.离心泵选用

基本环节：

（1）拟定输送系统流量和压头

普通液体输送量由生产任务决定。如果流量在一定范畴内变化，应依照最大流量选泵，并

依照状况，计算最大流量下管路所需压头。

（2）选取离心泵类型与型号

依照被输送液体性质及操作条件，拟定泵类型；再按已拟定流量和压头从泵样本中选出适

当型号。若没有完全适当型号.则应选取压头和流最都稍大型号：若同步有几种型号泵均能满

足规定，则应选取其中效率最高泵。

（3）核算泵轴功率

若输送液体密度不不大于水密度，则要核算泵轴功率，以选取适当电机。

1-7-2其他类型化工用泵

一、往复式泵

(1)・・1.往复泵

(2)往复泵构造及工作原理

重要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀。

工作原理：依托活塞往复运动，吸入并排出液体。

(2)往复泵流量与压头

单动集流鼠QT=ASn

当活塞直径、冲程及位复次数一定期，往复泵理论流展为一定值。

往复泵压头与泵几何尺寸无关，与流量也无关。

往复泵具备正位移特性，即流量•仅与泵特性关于，而提供压头只取决于管路状况。

(3)往复泵流量调节

多采用旁路调节或变化活塞冲程或往豆次数。

往复泵合用于输送小流量、高压头、高黏度液体，但不适于输送腐蚀性液体及有固体颗粒

悬浮液。

2.计量泵

计量泵也为往复式泵，合用「规定输送量十分精确液体或几种液体按比例输送场合，

3.隔膜泵

为输送腐蚀性液体或悬浮液往复式泵。

二、旋转泵

旋转泵涉及齿轮泵和螺杆泵，其工作原理是依托泵内一种或各种转子旋转来吸液和排出

液体。

旋转泵与往复泵同样，也具名正位移特性，因而也采用旁路调节或变化旋转泵转速.以达

调节流量目。

1-7-3气体输送设备

一、离心式通风机

1.工作原理与构造

离心式通风机构造和单级离心泵相似，工作原理也与离心泵完全相似，籍蜗壳中叶轮旋

转所产生离心力将气体压力提高而排出。

2.性能参数与特性曲线

流量（风量）Q是指单位时间内通风机输送气体体积，以通风机进口处气体

状态计，m3/s或m3/h,,

风压是指单位体积气体流经通风机后获得能量，J/m3或Pao

PT=（〃2-〃”"|心

静风压

心=（〃2一〃。

动风压1\=

全风压PT=Ps+Pk

轴功率与效率

p=_PrQ_

lOOOz;

特性曲线

一定型号离心式通风机特性曲线以20℃、101.3kPa空气作为工作介质进行测定，涉及全

风压与流量pT-Q静风压与流量ps-Q轴功率与流量P-Q和效率与流量（-Q四条线。

3.离心式通风机选用

离心式通风机选用与离心泵相仿，即依照输送气体风量与风压，由通风机

产品样本来选取适当型号。但应注意，通风机风压与密度成正比，当使用条件与通风机标定条

件（20℃、10L3kPa,空气密度=1.2kg/m3）不符时，需将使用条件下风压换算为标定条件下

风压，才干选取风机。换算关系为

PoL2

PTO=PT一=PT一

PP

二、往复式压缩机

1.往复压缩机工作过程

压缩机一种工作过程是由膨胀、吸气、压缩和排出四个阶段构成。

余隙系数：余隙体积VA与一种行程活塞扫过体积（VC—VA）

之比

“A

VC-VA

容积系数人0:在一种压缩循环中，气体吸入体积（VC—VB）与活

塞扫过体积（VC—VA）之比

;匕「％

对于多变压缩过程，两者关系

容积系数人与压缩机余隙系数£及压缩比（p2/p1）关于。

余隙系数一定期，压缩比越大，容枳系数越小；

压缩比一定期，余隙系数越大，容积系数越小。

2.多级压缩

压缩比不不大于8时，宜采用多级压缩多级压缩，每级适当压缩比为3〜5。

三、真空泵

真空泵用于从设备内或系统中抽出气体，使其处在低于大气压下状态。

第2章传热

第一节概逐

1-1传热基本方式

热传递三种基本方式：传导、对流和辐射。

传导是物体中温度较高某些分子，通过碰撞或振动将热能以动能形式传给相邻温度较

低某些分子，这种物体内分子不发生宏观位移传热方式。

对流是流体之间宏观相对位移所产生对流运动，将热量由空间中一处传到她处现象。

辐射是一种以电磁波传递热量方式。

工业换热办法：间壁式换热、混合式换热和蓄热式换热。

1-2稳定传热与不稳定传热

稳定传热若传热系统中各点温度仅随位置变而不随时间变，则此传热过程为稳定传热。

不稳定传热若传热系统中各点温度既随位置变又随时间而变，则此传热过程为不稳定

传热。

第二节热传导

2-1热传导基本概念和付立叶定律

付立叶定律:

式中负号表达热流体方向与温度梯度方向相反，即热量从高温传向低温。

2-2导热系数

付立叶定律中比例系数，其值等于温度梯度下热通量。因而，入值表达了物质导热能力

大小，是表征物质导热性能参数，称为导热系数。

2-3平壁热传导

1.仅限于讨论如下条件热传导

⑴稳定导热；

⑵平壁面积与平壁厚度相比很大，热量只沿垂直壁面X方向作一维传导：

⑶单层或多层平壁中每层都为均质材料，各层导热系数均为不随温度而变化常数。

2.通过单层平壁导热速率方程式为：

导热通量表达式为：

3.通过多层平壁导热速度方程，依照串联过程概念，运用速率与推动力和阻力之间关系

可以表达为：

导热通量可表达为:

2-4圆筒壁导热

1.讨论仅限于如下条件：稳定导热、热量只沿径向传递一维导热、无内热源、导热系数

为常数。

2.单层圆筒壁导热速率方程：

圆筒内外壁面平均值

其中对于工程计算，当W2时，可取或

3.多层圆筒壁导热速率方程

应当注意，对于多层圆筒壁传导，通过各层导热速率都相似，但热通量则由于各层平均传

热面积不等而各不相似。

4.导热速率与导热温差及热阻关系

导热速率

对于定态传热过程，通过各层导热速率均相等。

第三节对流传热

L对流传热速率方程

流体与壁面间对流传热速率由牛顿冷却定律表达式：

dQ=Z*=a(T-7；)dS

adS

对流传热系数利传热面积以及温度差相相应。

Q=a(T-TJSi

Q=a«wT)S0

2.对流传热系数物理意义..称为对流传热系数，表达流体与壁面间温差为1C时，单位时间

通过单位面积以对流传热方式传递热量。表达了对流传热强度。

第四节传热计算

4-1热负荷Q拟定

依照能量衡算，单位时间内热流体放出之热量等于冷流体吸取热量，即

两流体均无相变化，则

若热流体只有相变化而无温度变化，例如饱和蒸气冷凝时，

4—2总传热速率方程

冷、热流体通过间壁传热过程是热流体与壁面对流传热，壁内导热和另一侧壁面与冷流体

对流传热三个环节串联过程。对于稳定传热过程，冷、热流体间传热速率：

4-3平均温度差

1.恒温传热：

2.变温传热：逆流或并流

=A/2-A/.

当加2/时

3.错流和折流时

按逆流计算，加以校正，即

式中一一按逆流计算对数平均温差,

一一温差校正系数，=f(P,R),

4-4总传热系数

1.外表面为基准总传热系数计算式为:

2.热面积

传热面积

式中：So---换热器传热外表面积，

L——换热器管长,

n-—换热器管子根数。

第五节对流传热系数关联式

5—1影响对流传热系数因数

⑴流体物性，重要是比热容、导热系数、密度和黏度；

⑵流体流动状态；

⑶流动因素是强制对流还是流体自然对流；

⑷传热面形状、位置和大小；

⑸传热过程中有无相态变化。

5-2无相变时对流传热系数关联式

由对流传热过程因次分析知，与对流传热关于准数有：

努塞尔特准数Nu=：雷诺准数Re=：

普兰特准数Pr=；格拉斯霍夫准数Gr=。

对不同传热状况，需选用不同对流传热关联式，注意关联式使用条件：合用范畴、定性温

度、特性尺寸。

1.流体在管内作强制对流

（1）流体在圆管内作强制湍流

①低黏度流体（（（2（常温水）

Nu=0.023Re0.8Prn

流体被加热时,n=0.4：流体被冷却时,n=0.3o

应用范踌Re>10000、0.7<Pr<120

若

特性尺寸管内径di°

定性温度流体进、出口温度算数平均值。

②高黏度流体1（（2（常温水）

应用范畴Re>10000,0.7<Pr<16700,>60

特性尺寸管内径di°

定性温度除取壁温外,均取流体进、出口温度算数平均值。

令=,为了避免试差,项可取近似值,液体被加热时取1.05：液体被冷却时取0.95：气

体被加热和冷却时均用1.0。

（2）流体在圆形直管内作强制滞流

应用范畴Re<2300,0.6<Pr<6700,>100.

特性尺寸管内径di。

定性温度除取壁温外，均取流体进、出口温度算数平均值。

（3）流体在弯管内作强制对流

式中'——弯管中对流传热系数：

。一一直管中对流传热系数；

d——管内径；

R一一弯管弯曲半径。

（4）流体在非圆形管中作强制对流

仍可采用圆形直管内强制对流关联式，管内径改为当量直径：

流体力学当量直径

传热当量直径

在传热计算中，采用流体力学当量直径还是传热当量直径，由详细关联式决定。2.流

体在管外作强制对流

列管式换热器壳方流体在管间流动时，对流传热系数：

当列管式换热器装有圆缺型挡板时（缺口面积为25%桥题解面积）

应用范畴Re=2X〜IX

特性尺寸管内径de。

定性温度除取壁温外，均取流体进、出口温度算数平均值。

当量直径计算

管子为正方形排列

管子为正三角形排列

式中t一一相邻两管之中心距；

do---管夕卜径.

雷诺准数中速度需依照流过管间最大截面积A计算,即

式中h一一两挡板间距离;

D——换热器外壳直径。

5-3流体有相变时对流传热系数

1.蒸气在管外膜状冷凝传热系数

（1）饱和蒸气在垂直管或垂直板上膜状冷凝

Re<1800

Re>1800

特性尺寸取垂直管长或板高度

定性温度蒸气冷凝潜热r取饱和温度ts下值,别的物性取液膜平均温度下值。

（2）蒸气在水平管外冷凝

第六节辐射传热

6-1黑体、镜体、透热体和灰体概念

1.黑体：能所有吸取辐射能物体，其吸取率人=1。黑体又称为绝对黑体。

2.镜体：又称绝对白体，是指能所有反射辐射能，即反射率R=1物体。

3.透热体：能透过所有辐射能，即透过所有辐射能，即透过率D=1物体。

4.灰体：能以相似吸取率且某些地吸取由零到8所有波长范畴辐射能物体c

6一2斯蒂芬-波尔茨曼定律

1.物体辐射能力指物体在一定温度下，单位时间内所发射所有波长总能量E(W/m2)。

2.黑体辐射能力表达式一斯蒂芬-波尔茨曼定律：

6-3灰体辐射能力及黑度

1.黑度：£灰体辐射能力E与同温度下黑体辐射能力之比。即

2.灰体辐射能力E可由下式表达

第七节换热器

1.各种类型换热器构造及特点

套管式换热器

套管式换热器是由两种大小不同原则管连接或焊接而成同心圆套筒，依照换热规定.可

将几段套筒连接起来构成换热器。

夹套式换热器

夹套式换热器重要用于反映器加热或冷却。夹套安装在容器外部，通惯用钢或铸铁制成,

可以焊在器壁上或者用螺钉固定在反映器法兰盘或者器盖上。在用蒸气进行加热时，蒸气由上

部连接管进入夹壁.冷凝水由下部连接管流出。在进行冷却时.则冷却水由下部进入.而由上

部流出。

板式换热器

重要由一组长方形薄金属板平行排列、夹紧组装于支架上而构成。两相邻板片边沿衬有垫片"

压紧后可达到密封目，且可用垫片厚度调节两板间流体通道大小。每块板四个角上，各

开一种圆孔，其中有两个圆孔和板面上流道相通，此外两个圆孔则不相通，它们位置在

相邻板I.是错开，以分别形成两流体通道。冷、热流体交替地在板片两侧流过，通过金

属板片进行换热。

2.列管式换热器传热计算重要内容及办法：选恰当换热器。

试算并初选设备规格

(1)拟定流体在换热器中流动途径；

(2)依照传热(T.务计算热负荷Q；

(3)拟定流体在换热器两端温度，选取列管换热器型式：计算定性温度，并拟定在定性温

度下流体物性；

(4)计算平均温度差，并依照温度差校正系数不应不大于0.8原则，决定壳程数；

(5)根据总传热系数经验值范畴，或按生产实际状况，选定总传热系数K值；

(6)由总传热速率方程，初步算出传热面积S,并拟定换热器基本尺寸•(如d、L、n及管

子在管板上排列等)，或按系列原则选取设备规格。

计算管程、壳程压强降

依照初定设备规格，计算管程、壳程流体流速和压力降，检查计算成果与否合理或满足

工艺规定。若压力降不符合规定，要调节流速，再拟定管程数或折流板间距，或选取另一规

格换热器，重新计算压力降直至满足规定为止.

核算总传热系数

计算管程、壳程对流传热系数，拟定污垢热阻Rsi和Rso,再计算总传热系数K'比

较K初设值和计算值，若K'/K=l.15~1.25,则初选换热器适当，否则需另设K值，重复以

上计算环节。

上述计算环节仅为普通原则.设计换热器时，视详细状况可以灵活变动。

3.传热过程强化途径

(1)增大传热面积；增大换热器单位体积传热面积。

(2)增大平均传热温差。平均温差大小取决于两流体温度和流动方式，采用逆流操作可

获得较大传热温差。

(3)增大总传热系数。提高K值必要减少各项热阻。减少热阻办法有：提高对流传热

系数(加大流速)；防止结垢或及时清除垢层等。

由于各项热阻在总热阻中所占比重不同，只有设法大幅度减少对K值影响较大热阻才干

有效地增长总传热系数。

第4章非均相物系分离

第一节概述

混合物可以分为均相混合物和非均相混合物。

非均相混合物特点是在物系内部存在两种以上相态，如悬浮液、乳浊液、含尘气体等。

其中固体颗粒、微滴称为分散相或分散物质；而气体、液体称为持续相或分散介质。

非均相物系分离根据是持续相与分散相具备不同物理性质，因而可以用机械办法将两相分

离。操作方式分为两种：

（1）沉降分离颗粒相对于流体（静止或运动）运动过程称沉降分离。

分为重力沉降、离心沉降。

（2）过滤流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离过程称过滤。

分为重力过滤、离心过滤、加压过滤和真空过滤，也可分为恒压过滤,先恒速后恒压过滤。

2-1-1非均相分离在工业中应用

一、回收分散相

二、净化持续相

三、环保和安全生产

2-1-2颗粒与颗粒