化工原理(上)主要知識點

1、化工原理（上）各章主要知識點緒論三個傳遞：動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞三大守恒定律：質量守恒定律物料衡算；能量守恒定律能量衡算；動量守恒定律動量衡算第一章流動流體第一節(jié)流體靜止的基本方程一、密度mpM1.氣體密度：p=v2.液體均相混合物密度：RT1aa+缶+P1P2anPn（P混合液體的密度，a各組分質量分數，p各組mn分密度）3. 氣體混合物密度：Pm4. 壓力或溫度改變時，密度隨之改變很小的流體成為不可壓縮流體（液體）；若有顯著的改變則稱為可壓縮流體（氣體）。11+92nnP混合氣體的密度，9各組分體積分數）m二、.壓力表示方法1、常見壓力單位及其換算關系：1atm=101300Pa=1

2、01.3kPa=0.1013MPa=10.33mH2O=760mmHg2、壓力的兩種基準表示：絕壓（以絕對真空為基準）表壓（真空度）（以當地大氣壓為基準，由壓力表或真空表測出）表壓=絕壓一當地大氣壓真空度=當地大氣壓一絕壓三、流體靜力學方程1、靜止流體內部任一點的壓力，稱為該點的經壓力，其特點為：（1）從各方向作用于某點上的靜壓力相等；（2）靜壓力的方向垂直于任一通過該點的作用平面；（3）在重力場中，同一水平面面上各點的靜壓力相等，高度不同的水平面的經壓力歲位置的高低而變化。2、流體靜力學方程（適用于重力場中靜止的、連續(xù)的不可壓縮流體）P=P+Pg（z-Z）2112旦二厶+（Z-Z）PgPg1

3、2=zp（容器內盛液體，上部與大氣相通，p/Pg靜壓頭，“頭”一液位高度，z位壓頭Pgpp或位頭）上式表明：靜止流體內部某一水平面上的壓力與其位置及流體密度有關，所在位置與低則壓力愈大。四、流體靜力學方程的應用1、U形管壓差計指示液要與被測流體不互溶，且其密度比被測流體的大測量液體：p1-p2=（P0-P）gR+Pg（z2-z1）測量氣體：p1-p2=P0gR2、雙液體U形管壓差計p1-p2=（P2-P1）gR第二節(jié)流體流動的基本方程一、基本概念1、體積流量（流量V）：流體單位時間內流過管路任意流量截面（管路橫截面）的體積。單位為m3-s-1s2、質量流量（m）：單位時間內流過任意流通截面積的

4、質量。單位為kg-1s化工原理（上）m=pVssVCm流速u=-A質量流速G=丁G=pu3、黏性：流體所具有的一種拽流體相對運動的性質。（1）氣體的黏性力或內摩擦力產生的原因是速度不等的流體層之間動量傳遞的結果。（2）液體黏性力主要由分之間的吸引力所產生。4、牛頓黏性定律：兩相鄰流體層之間單位面積上的內摩擦力T（內摩擦應力或剪應力）與兩流體層間的速度梯度du/dy成正比，即p=p（T,u方向相同時取正號，否則取負號）dy服從此定律的流體稱為牛頓型流體。4、黏度p的單位為Pas常見流體用mPas（1）流體的黏度隨溫度而變，溫度升高，氣體的黏度增大，液體的黏度減小。原因：溫度升高時，氣體分子運動的

5、平均速度增大，兩相鄰氣體層間分子交換的速度加快，因而內摩擦力和黏度隨之減小。對于液體，溫度升高時，液體體積膨脹,分之間距離增大，吸引力迅速減小，因而黏度隨之下降。（2）流體的黏度一般不隨壓力而變化。二、質量衡算一一連續(xù)性方程設流體在管路中做連續(xù)穩(wěn)定流動，從截面1-1流入，從截面2-2流出，則m=mpuA=puAs1s211122、,2,對于不可壓縮流體，P=P2二常數，則u1A=u2A2對于圓管，A=兀d2/4，d為直徑，則u1d12二u2dj如果管路有分支，則m二m,+m21s2三、機械能衡算方程1、理想流體是指沒有黏性的流體，即黏度卩=0的流體。內能（U），位能（gz），動能（u2/2），

6、壓力能（p/p提供給流體外功是為正，流體向外界做功時為負）u2p3、可壓縮理想流體機械能衡算關系：gq+亍+1+w12pe12、）,熱量（q，吸熱為正，放熱為負），外功（4、u2p二gz+T+2（22p2u21kg不可壓縮理想流體穩(wěn)定流動時的機械能衡算式:（伯努利方程）gZ1+-2+（W外功）eu2p5、不可壓縮實際流體的機械能衡算式:gZ+-2+才2p（w.阻力損失）第三節(jié)流體流動現(xiàn)象一、雷諾數RedupRe=P1、雷諾數的量綱為1,故其值不會因采用的單位制不同而改變，但數群中的各個物理量必須采用同一單位制。2、流體在圓形直管中流動，ReW2000時屬于層流；Re4000時為湍流；Re200

7、04000之間時流動處于一種過渡狀態(tài)。、管內流動分析1、層流時的速度分布u二p1一p2（R2-r2）4plUmax二2R24plr2（1一）maxR2各章主要知識點17-31體積流量V兀R2二u2maxu故平均速度u=丐產即層流時平均速度等于管中心處最大速度的一半。2、層流時的阻力損失32卩l(xiāng)u哈根一伯謖葉公式：V一3、湍流時的速度分布ru=u（1-）1/n（n與Re大小有關，Re愈大，n值也愈大。）maxR2n2平均速度U二(n+1)(2n+1)umax(當n=7時，u=0.817umax第四節(jié)管內流動的阻力損失沿程損失的計算通式及其用于層流范寧公式：、lu2、單位質量流體的沿程損失：J萬y

8、（八kg-1）單位體積流體的沿程損失：Ap=pw=X（J-m-3或丹）/d27Wlu2單位重量流體的沿程損失：h=匚二九fg,64九稱為摩擦系數或摩擦因數九=云Re(J-Nj或m)d2g（層流時九與Re成反比）二、量綱分析法（兀定理）三、湍流時的摩擦系數x=0.100（d+R!）0-23（適用范圍為心4000及“05）四、非圓形管內的沿程損失lU2w=（J-kg-i）/d2ed=4x水力半徑=4X流通截面積e潤濕周邊（潤濕周邊指流體與管壁面接觸的周邊長度）層流時的阻力損失“Re（C為常數，量綱為1,對于正方形、正三角形或環(huán)形，C分別為57、53、96）五、局部阻力損失u21、阻力系數法：wf乂

9、2匚局部阻力系數，（1）突然擴大：當流體流過突然擴大的管道時，流速減小，壓力相應增大。此時匚0=1，稱為管道出口阻力系數。（2）突然縮小：當流體由大管流入小管時，流股突然減小，到縮脈時，流股截面縮到最小，之后開始逐漸擴大，直至重新充滿整個管截面。當流體從容器流進管道時，匚i=.5，稱為管入口阻力系數。I2、當量計算法（當量長度le）E34!化工原理上）lu2局部阻力損失：w二九-j-fd2六、管內流動總阻力損失的計算在管路系統(tǒng)中，總阻力等于沿程損失與局部損失之朿和，對于等徑管，有工w二（九丄+工匚）蘭=九（+乙?。┞}fd2d2若管路系統(tǒng)中存在不同管徑段，管路總阻力損失應將等徑段的阻力損失相加。

10、第五節(jié)管路計算d西一、簡單管路1、簡單管路是沒有分支或匯合的管路，其特點為：（1）通過各管段的質量流量不變，對于不可壓縮流體的體積流量也不變（指穩(wěn)定流動）；（2）整個管路的阻力損失為各段阻力損失之和。例1-13附圉2、設計型問題（1）計算泵的有效功率（例1-11）（2）計算管徑（例1-12）3、操作型問題（1）操作性問題分析（例1-13）管內流量變化：將閥門開度減小后，管內流量應減小。P一plU2gz+12二（九+Y匚+1）1pd2簡單管路中阻力系數的變大，如閥門關小等，將導致管內流量減小,閥門上游壓力上升，下游壓力減小。此規(guī)律具有普遍性。（2）計算流量（例1-14）二、復雜管路1、復雜管路只

11、指有分支的管路，包括并聯(lián)管路、分支（或匯支）管路。2、并聯(lián)管路特點：總流量等于個并聯(lián)支管流量之和；并聯(lián)各支管的阻力損失相等。3、并聯(lián)支管中，細而長的支管通過的流量小，粗而短的支管通過的流量大。4、分支（或匯合）管路的特點：總流量等于各支管流量之和；可在分支點（或匯合點）處將其分為若干個簡單管路，對于每一段簡單管路，仍然滿足機械能衡算方程。第六節(jié)流量測量一、變壓頭的流量計（恒截面，變壓頭）1、測速管（皮托管）被測流體為液體:被測流體為液體:（p0指示液密度，RU形管壓差計讀數）缺點：不能直接測出平均速度,2、孔板u=C：2gR（P0一P）00（孔板系數）皮托管優(yōu)點：阻力小，適于測量大直徑氣體管路

12、內的流速。且壓差讀數小，常要放大才能讀得準確。體積流量V；2gR（P0一P）I1P.各章主要知識點J17孔板系數C0=fR才孔板安裝位置：上下游要各有一段等徑直管作為穩(wěn)定段，上游至少idi，下游至少。孔板優(yōu)點：構造簡單，制造與安裝都比較方便；缺點：阻力損失大。3、文丘里管優(yōu)點：阻力損失小，相同壓差讀數下流量比孔板大，對測量含有固體顆粒的液體也較孔板適用；缺點：加工較難，精度要求高，因而造價高，安裝時需占去一定管長位置。二、變截面流量計（恒壓頭，變截面）轉子流量計（簡稱為轉子計）第二章流體輸送機械第一節(jié)離心泵一、離心泵的操作原理與構造1、操作原理（主要靠高速旋轉的葉輪所產生的離心力）（1）開動前

13、泵內要先灌滿所輸送的液體。離心泵開動是如果泵殼內和吸入管路內沒有充滿液體，它便沒有抽吸液體的能力，這是因為空氣的密度比液體小得多，隨著葉輪旋轉所產生的離心力不足以造成吸上液體所需的真空度。像這種因泵殼內存在氣體而導致吸不上液的現(xiàn)象，稱為“氣縛”。（2）離心泵最基本的部件為葉輪與泵殼。二、離心泵的理論壓頭與實際壓頭1、壓頭的意義泵向單位重量液體提供的機械能，稱為泵的壓頭（或揚程），用符號H表示，單位為m對于任一管路輸送系統(tǒng)，所需壓頭h為ApAu2v了h二Az+ZhePg2gf（Az升舉高度，AP/Pg液體靜壓頭的增量，Au2/2g動壓頭的增量，與其他項相比，可忽略,工hf全管路的壓頭損失）2、理

14、論壓頭cucosaucccccc（1）葉輪進口與出口之間列伯努利方程：p-pc2-c2理論壓頭：H1+24（cc2液體的絕對速度）Pg2g12（2）液體從點1運動到點2,靜壓頭之所以增加（P2P1）/Pg，其原因有二： 液體在葉輪內受到離心力作用，接受了外功； 相鄰兩葉片所構成的通道的截面積自內向外逐漸擴大，液體通過時的速度逐漸變小，使得部分動能轉變?yōu)殪o壓能。（3）離心泵理論壓頭表達式（離心泵的基本方程）（C2M絕對速度C2在周邊切線方向上的分速度）4）理論壓頭與流量的關系(r)22QcotP2兀b22【式中Q泵的流量，m巧一1；葉輪旋轉的角速度；丫2葉輪的半徑；卩2葉片的裝置角；b2葉輪周邊

15、寬度】H與Q呈線性關系，變化率的正負取決于裝置角卩2。當卩20，葉片后彎，H隨Q的增大而減222小；當卩2=90，cos卩2=0葉片徑向，H不隨Q變化；當卩290。，cos卩22)mln(r/r)熱量衡算方程：Q=ms1cp1(T1-T2)=m121A平均面積，A二2兀1r；mmmrr(r2/2)2、無限長多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導熱(無內熱源)tttt總推動力Q=1n+i_.n+1=一-ln(r/r)總熱阻ii+1.iXA2兀l入i=1imii=1i第三節(jié)兩流體間的熱量傳遞一、兩流體間通過間壁傳熱的分析牛頓冷卻定律：熱通量q與壁面-流體間的溫差(tt)成正比：q=(t-t),wwa_給熱系數，單位

16、為W-m-2-K-1或卬-m-2-C-1二、傳熱速率和給熱系數q=K(T-t)K傳熱系數，單位與a相同。1、換熱管內外面積不相等的考慮KqdAd2211KqdAd1122傳熱面積計算的最終結果通常用管外面積表示。2、污垢熱阻11ddbd 2+R2+Kads1d九d21113、若污垢熱阻與壁阻可忽略時，111d1 +i或KaadK11221亠+R+1s2d1+ad12(i)若a1，a2相差較大時：若a1a，則Ku幺a或KuaKua，應121d222min1三、傳熱溫差和熱量衡算Q=KAAtmAtmAtm為換熱器進、出口處的平均溫差At-Ati2(At/At2)ln(At/At)i212AtAt1

17、2-At2(At/At2)12(t2-t1)四、傳熱效率-傳熱單元數法1、傳熱速率方程：Q=KAAtm3、傳熱效率Q二Qmax（1）若熱流體的mc較小時,sp2）若冷流體的mc較小時,spT-T=2T-111t-t=1T-1114、傳熱單元數T-T12Atmt-t-21Atmcms2p25、傳熱效率和傳熱單元數NTU的關系_1-exp(NTU(1-C”)L-C-expNTU(1-C)RR1）熱流體NTU12）熱流體NTU11）逆流換熱器：KAmcs1p1KA2）并流換熱器：1-expLNTU(1+C)R1+CRCR熱容量之比C=(mc)/(mc)Rspminspmax六、壁溫的計算wbQ,t=

18、T,t=t+a4ww九4waA11m22對于穩(wěn)定傳熱過程，Q=a1A1(T；-T)=|a(T-1)=a2A2(t-1)=KAAt111wbmww22wmA1,A2,A熱流體側傳熱面積、冷流體側傳熱面積和平均傳熱面積12mT,t熱流體側和冷流體側的壁溫；ww“，2熱流體側和冷流體側的給熱系數。第四節(jié)給熱系數一、給熱系數的影響因素和數值范圍影響給熱的因素：（1）引起對流的原因；（2）流體的流動形態(tài)；（3）流體的物理性質；（4）傳熱面的幾何因素；（5）流體有無相態(tài)變化。、給熱系數與量綱分析特征數的符號和意義特征數名稱符號涵義努塞爾數“alNu=T表示導熱熱阻與對流熱阻只比雷諾數Re=塑反映流體的流動

19、形態(tài)和湍流程度普朗特數cuPr反映與傳熱有關的流體性質。氣體Pr1格拉曉夫數Gr=13p2pgAtU2反映由于溫差而引起的自然對流的強度相對于自然對流時的“雷諾數”0流體的膨脹系數i/c；At流體內的溫度差。c0gAt流體由于溫度差而產生的浮升力，Nkg-1三、流體做強制對流時的給熱系數1、流體在圓形直管內做強制湍流(1)當壁溫和流體平均溫度相差不大時Nu=0.023Reo$Prn適用范圍：ReI0000,Pr=0.6160,管長和管徑之比1/d50定型尺寸1規(guī)定為管內徑d;定性溫度為流體進、出口溫度的算術平均值。當流體被加熱時，n=4；當流體被冷卻時，n=3，空氣或其他對稱雙原子氣體，Pr沁

20、.7(2)當壁溫和流體平均溫度相差較大時,(u)0-14Nu=0.027Re0.8Pr0.33一1/d60顯丿應用范圍：Re10000，Pr=0.716700,特征尺寸：管內徑定性溫度：u取壁溫作定性溫度，其他物理性質均為流體進、出口溫度的算術平均值。2、流體在圓形直管內做強制層流duNu=1.86(RePr一)1/3()0.141u適用范圍：RePr0.6，RePr(1/d)103、彎曲管道內的給熱系數ar=(1+，圓管、直管中的給熱系數；d管內徑，m；R彎管軸的曲率半徑，m4、非圓形直管中的給熱系數將管內徑改為當量直徑de5、流體在管外強制對流流體在管束外橫向流過時的給熱系數：Nu=C1C

21、2RenPr0.46、提高給熱系數的途徑不論管內或管外，提高流速都能增大給熱系數四、流體做自然對流時的給熱系數Nu=C(GrPr)n五、蒸汽冷凝時的給熱系數膜狀冷凝：當飽和蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時，蒸汽將放出潛熱并冷凝成液體。若冷凝液能潤濕壁面，并形成一層完整的液膜向下流動，則稱為膜狀冷凝。滴狀冷凝：若冷凝壁面上存在一層油狀物質，或者蒸氣中混有油類或脂質物質，冷凝液不能潤濕壁面，結成滴狀小液滴，從壁面落下，重又露出冷凝面，則稱為滴狀冷凝。六、液體沸騰時的給熱系數1、工業(yè)上液體沸騰可分為：大容積內沸騰和管內沸騰。2、沸騰現(xiàn)象(1)沸騰給熱過程最主要的特征是液體內部有氣泡生成。(2)氣泡生成依賴兩個條件：液體必須過熱；加熱壁面上應存在汽化核心。第五節(jié)輻射傳熱一、基本概念1、絕對黑體（黑體）：能全部吸收輻射能的，即吸收率A=1的物體。2、絕對白體（鏡體）：能全部反射輻射能的，即反射率R=1的物體。3、透熱體：能透過全部輻射能的，即透過率D=1的物體。、物體的發(fā)射能力與斯蒂芬-波爾茨曼定律1、物體在一定溫度下，單位表面積單位時間