2023年化工原理主要知識點

化工原理(上）各章重要知識點緒論三個傳遞：動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三大守恒定律:質(zhì)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——動量衡算流動流體第一節(jié)流體靜止的基本方程

一、密度1.氣體密度：2.液體均相混合物密度：（—混合液體的密度，—各組分質(zhì)量分數(shù)，—各組分密度)3.氣體混合物密度:（—混合氣體的密度，—各組分體積分數(shù))４.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)。二、．壓力表達方法1、常見壓力單位及其換算關(guān)系：2、壓力的兩種基準(zhǔn)表達:絕壓（以絕對真空為基準(zhǔn)）、表壓(真空度）(以本地大氣壓為基準(zhǔn),由壓力表或真空表測出）表壓=絕壓—本地大氣壓真空度=本地大氣壓—絕壓流體靜力學(xué)方程1、靜止流體內(nèi)部任一點的壓力，稱為該點的經(jīng)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(jīng)壓力歲位置的高低而變化。２、流體靜力學(xué)方程(合用于重力場中靜止的、連續(xù)的不可壓縮流體)（容器內(nèi)盛液體,上部與大氣相通，—靜壓頭，“頭”—液位高度,—位壓頭或位頭）上式表白：靜止流體內(nèi)部某一水平面上的壓力與其位置及流體密度有關(guān)，所在位置與低則壓力愈大。流體靜力學(xué)方程的應(yīng)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：測量氣體:2、雙液體U形管壓差計流體流動的基本方程一、基本概念１、體積流量(流量):流體單位時間內(nèi)流過管路任意流量截面(管路橫截面)的體積。單位為2、質(zhì)量流量(）:單位時間內(nèi)流過任意流通截面積的質(zhì)量。單位為流速質(zhì)量流速3、黏性：流體所具有的一種拽流體相對運動的性質(zhì)。(1)氣體的黏性力或內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的因素是速度不等的流體層之間動量傳遞的結(jié)果。(2）液體黏性力重要由分之間的吸引力所產(chǎn)生。4、牛頓黏性定律:兩相鄰流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力（內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力)與兩流體層間的速度梯度成正比，即（——方向相同時取正號,否則取負號）服從此定律的流體稱為牛頓型流體。4、黏度的單位為Pａ·s常見流體用ｍPa·ｓ(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。因素：溫度升高時，氣體分子運動的平均速度增大,兩相鄰氣體層間分子互換的速度加快，因而內(nèi)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。質(zhì)量衡算——連續(xù)性方程設(shè)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，則對于不可壓縮流體，,則對于圓管,，d為直徑，則假如管路有分支，則機械能衡算方程1、抱負流體是指沒有黏性的流體，即黏度的流體。2、內(nèi)能(U)，位能(gz）,動能(）,壓力能(），熱量(，吸熱為正,放熱為負）,外功(，外界提供應(yīng)流體外功是為正,流體向外界做功時為負)３、可壓縮抱負流體機械能衡算關(guān)系：（——外功)4、1kg不可壓縮抱負流體穩(wěn)定流動時的機械能衡算式:（伯努利方程）５、不可壓縮實際流體的機械能衡算式：（——阻力損失）流體流動現(xiàn)象一、雷諾數(shù)1、雷諾數(shù)的量綱為１，故其值不會因采用的單位制不同而改變,但數(shù)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，Re≤2023時屬于層流;Re>４0０0時為湍流；Ｒe在２0２3～4000之間時流動處在一種過渡狀態(tài)。管內(nèi)流動分析1、層流時的速度分布體積流量故平均速度即層流時平均速度等于管中心處最大速度的一半。2、層流時的阻力損失哈根—伯謖葉公式:３、湍流時的速度分布（ｎ與Rｅ大小有關(guān)，Re愈大,n值也愈大。）平均速度(當(dāng)n=7時，ｕ=０．８17)管內(nèi)流動的阻力損失一、沿程損失的計算通式及其用于層流范寧公式:單位質(zhì)量流體的沿程損失：單位體積流體的沿程損失:單位重量流體的沿程損失:稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)（層流時與Re成反比)量綱分析法(定理)湍流時的摩擦系數(shù)（合用范圍為Rｅ≥4００0及≤0.005）非圓形管內(nèi)的沿程損失（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(C為常數(shù),量綱為1，對于正方形、正三角形或環(huán)形，C分別為57、53、96)局部阻力損失1、阻力系數(shù)法:——局部阻力系數(shù)，（1)忽然擴大：當(dāng)流體流過忽然擴大的管道時,流速減小，壓力相應(yīng)增大。此時,稱為管道出口阻力系數(shù)。(2）忽然縮小：當(dāng)流體由大管流入小管時,流股忽然減小,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(dāng)流體從容器流進管道時，，稱為管入口阻力系數(shù)。２、當(dāng)量計算法（當(dāng)量長度）局部阻力損失:管內(nèi)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和，對于等徑管,有若管路系統(tǒng)中存在不同管徑段,管路總阻力損失應(yīng)將等徑段的阻力損失相加。?管路計算簡樸管路1、簡樸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(zhì)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。2、設(shè)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(nèi)流量變化：將閥門開度減小后,管內(nèi)流量應(yīng)減小。簡樸管路中阻力系數(shù)的變大，如閥門關(guān)小等,將導(dǎo)致管內(nèi)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。計算流量（例1－14）復(fù)雜管路1、復(fù)雜管路只指有分支的管路,涉及并聯(lián)管路、分支（或匯支）管路。２、并聯(lián)管路特點：=1\*ＧB3\*ＭＥRＧＥFORMAＴ①總流量等于個并聯(lián)支管流量之和;=2\*GB3＼＊MERGEFOＲMAＴ②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：=1\*ＧＢ3＼*MERGＥFＯRMAＴ①總流量等于各支管流量之和；＝２\*GB3＼*MERGＥFORMAT②可在分支點(或匯合點)處將其分為若干個簡樸管路,對于每一段簡樸管路,仍然滿足機械能衡算方程。流量測量變壓頭的流量計(恒截面,變壓頭)1、測速管(皮托管)被測流體為液體:（——指示液密度,R——Ｕ形管壓差計讀數(shù))被測流體為液體:皮托管優(yōu)點:阻力小，適于測量大直徑氣體管路內(nèi)的流速。缺陷：不能直接測出平均速度,且壓差讀數(shù)小，常要放大才干讀得準(zhǔn)確。２、孔板(——孔板系數(shù))體積流量孔板系數(shù)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,下游至少。孔板優(yōu)點:構(gòu)造簡樸，制造與安裝都比較方便;缺陷:阻力損失大。3、文丘里管優(yōu)點:阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下流量比孔板大,對測量具有固體顆粒的液體也較孔板合用;缺陷:加工較難,精度規(guī)定高，因而造價高,安裝時需占去一定管長位置。變截面流量計(恒壓頭，變截面）轉(zhuǎn)子流量計（簡稱為轉(zhuǎn)子計）流體輸送機械離心泵一、離心泵的操作原理與構(gòu)造１、操作原理（重要靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪所產(chǎn)生的離心力）（1)開動前泵內(nèi)要先灌滿所輸送的液體。離心泵開動是假如泵殼內(nèi)和吸入管路內(nèi)沒有充滿液體，它便沒有抽吸液體的能力,這是由于空氣的密度比液體小得多,隨著葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力局限性以導(dǎo)致吸上液體所需的真空度。像這種因泵殼內(nèi)存在氣體而導(dǎo)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。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表達,單位為m對于任一管路輸送系統(tǒng),所需壓頭為(——升舉高度，——液體靜壓頭的增量,——動壓頭的增量，與其他項相比，可忽略，——全管路的壓頭損失）2、理論壓頭(１）葉輪進口與出口之間列伯努利方程:理論壓頭:(——液體的絕對速度)（２）液體從點１運動到點2，靜壓頭之所以增長，其因素有二:＝1\*GＢ３\*MEＲGＥFORMＡＴ①液體在葉輪內(nèi)受到離心力作用,接受了外功;=2\*GB３＼*ＭＥRGEＦＯRMAT②相鄰兩葉片所構(gòu)成的通道的截面積自內(nèi)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(zhuǎn)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）(——絕對速度在周邊切線方向上的分速度）（4)理論壓頭與流量的關(guān)系【式中Q——泵的流量,；——葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度;——葉輪的半徑;——葉片的裝置角；——葉輪周邊寬度】與Ｑ呈線性關(guān)系，變化率的正負取決于裝置角。當(dāng)<時,cos＞0，葉片后彎，隨Ｑ的增大而減小;當(dāng)=，coｓ=０,葉片徑向,不隨Q變化；當(dāng)<,cos<0，葉片前彎,隨Q的增大而增高。3、實際壓頭壓頭損失：=1\*GＢ3①葉片間的環(huán)流；=2\*GB3\*MＥＲGEFORMAT②阻力損失；=３\*ＧB3③沖擊損失。離心泵的重要性能參數(shù)壓頭和流量有效功率、軸功率和效率（1)泵內(nèi)的機械能損耗：=１\*ＧB３＼*MEＲGＥFORMAT①水力損失;=2\*ＧＢ3\＊MEＲGEＦOＲMAT②容積損失；＝3＼*GＢ3\*MEＲGＥFORＭAT③機械損失。（2）有效功率：軸功率N效率離心泵的特性曲線及其應(yīng)用1、離心泵的特性曲線（1)離心泵的特性曲線由以下曲線組成:=１\＊GB3＼*MEＲGEFＯRMAT①曲線；=2\*GB3\＊ＭERGEFＯRMAT②曲線；=3\*GＢ3\*ＭERGEFORMＡT③曲線；＝４\*GB3\*ＭERGEＦORMAT④線。（2)泵高效區(qū)：最高效率±5％~８%區(qū)域(3）各種型號的離心泵各有其特性曲線，形狀基本上相似，其共同特點如下:=１＼*ＧB3＼*ＭＥRGEFOＲMAT①壓頭隨流量的增大而下降;=2\*GB3\＊ＭEＲGＥFＯＲMAT②功率隨流量的增大而上升（離心泵在啟動前應(yīng)關(guān)閉出口閥,使泵在所需功率最小的條件下啟動,以減少電動機的啟動電流，同時也避免出口管線的水力沖擊）;＝３\＊ＧB３\*ＭERGＥFOＲMAT③效率現(xiàn)隨流量的增大而上升，達成一最大之后再下降。2、液體性質(zhì)對離心泵特性的影響(１）密度的影響:對曲線、曲線無影響，但，故↑,曲線↑。(2)黏度的影響:＝1\*GB3\*ＭERGEＦORMAT①當(dāng)液體的運動粘度小于時,如汽油、煤油、輕柴油等，則黏度對離心泵的特性曲線的影響可忽略不計；＝2\＊ＧB３\*MEＲGEFORMAT②當(dāng)時，．３、轉(zhuǎn)速與葉輪尺寸對離心泵的影響（1)轉(zhuǎn)速n的影響當(dāng)角速度變化不大時（<２0%）→若不變→葉輪尺寸的影響泵在原轉(zhuǎn)速n下的特性曲線方程:，當(dāng)葉輪直徑因切割而變小時，若變化限度小于20%，則→若不變→離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)1、管路特性方程可簡化為按此式標(biāo)繪出的曲線稱為管路特性曲線。工作點與流量調(diào)節(jié)(1）工作點：將液體送過管路所需的壓頭與泵對液體所提供的壓頭恰好相等時的流量，稱為泵在官路上的工作點。(即離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點M)，它表達泵所實際輸送的流量和所提供的壓頭。(2）流量調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)流量，即改變工作點，可采用兩種方法：＝１\*GＢ3＼*MERＧEFＯRMAT①改變管路特性曲線（調(diào)節(jié)閥門）;=2\*ＧB3\*MＥＲGEFＯRＭAＴ②改變泵的特性曲線(改變泵的轉(zhuǎn)速或切割葉輪）。離心泵的安裝高度1、安裝高度:離心泵的安裝位置與被吸入液體液面的垂直高度。２、“汽蝕”:使液體以很大的速度從周邊沖向氣泡中心,產(chǎn)生頻率很高、瞬時壓力很大的沖擊的現(xiàn)象。3、為避免發(fā)生汽蝕,就規(guī)定泵的安裝高度不超過某一定值。采用“汽蝕余量”，又稱凈正吸上高度（NPSH)來表達蹦的吸上性能。4、汽蝕余量一定為正值，愈大,愈能防止出現(xiàn)汽蝕。泵剛好發(fā)生汽蝕時（即降為、恰好等于時）的汽蝕余量稱為最小汽蝕余量,表達為．允許汽蝕余量(m）泵的安裝高度實際安裝高度比允許值低０．5~1m離心泵的類型、選用、安裝與操作其他類型泵通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機和真空泵一、分類:通風(fēng)機：排氣壓力不大于１５kPa；(氣體輸送）鼓風(fēng)機:排氣壓力為1５~300kPａ,壓縮比小于4;(氣體輸送）壓縮機：排氣壓力大于300kＰa,壓縮比大于4；(產(chǎn)生高壓氣體)真空泵:排氣壓力為大氣壓,壓縮比范圍很大。(產(chǎn)生真空)2、往復(fù)壓縮機操作循環(huán):=1\*GB3＼*MEＲGEFORMAT①壓縮階段；=2\＊GＢ３\*MERGEＦOＲＭＡT②壓出階段(有余隙);＝3\*GB3＼＊MＥRGEFORＭＡT③膨脹階段；＝4＼*GB３\*ＭERGEFORMＡＴ④吸入階段。傳熱概述一、傳熱的三種基本方式：熱傳導(dǎo)、對流和輻射1、熱傳導(dǎo)(1)熱傳導(dǎo)：熱量從物體內(nèi)溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或者傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過程稱為熱傳導(dǎo),簡稱導(dǎo)熱。(2)導(dǎo)熱機理：=1\*GＢ3\*MＥRGEFORMAT①氣體：氣體分子做不規(guī)則熱運動時互相碰撞。=2\*GB3\*MＥRＧEFORＭAT②固體:ａ、導(dǎo)體固體:許多自由電子在晶格之間運動，自由電子導(dǎo)電也導(dǎo)熱;b、非導(dǎo)體固體:晶格結(jié)構(gòu)的振動（即原子、分子在其平衡位置附近的振動)。=3\*GB3\*MERGEFOＲＭＡT③液體:重要靠原子、分子在其平衡位置的振動，振動的平衡位置間歇地發(fā)生移動。2、對流:流體各部分質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞的過程，對流只能發(fā)生在流體內(nèi)。分為自然對流和強制對流。３、輻射：一種以電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。熱輻射:當(dāng)物體因熱而發(fā)出輻射能的過程。物體在放熱時，熱能變?yōu)檩椛淠堋］椛洳粌H是能量的轉(zhuǎn)移,并且伴有能量形式的轉(zhuǎn)化。傳熱速率與熱阻1、傳熱速率（1)熱流量Q：單位時間內(nèi)通過所有傳熱面積傳遞的熱量,單位為,即W.傳熱面積與熱流方向垂直。（2）熱通量ｑ:單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量,單位為.（3）２、傳熱速率與熱阻Ｒ的關(guān)系熱傳導(dǎo)一、傅里葉定律1、溫度場和溫度梯度（1)溫度場:物體(或空間)各點溫度在時空中的分布。(t——某點的溫度，x,y,z——點坐標(biāo),——時間)(2）不穩(wěn)定溫度場：溫度隨時間而改變的溫度場。穩(wěn)定溫度場:各點溫度均不隨時間而改變的溫度場。（3)溫度梯度:兩等溫面的溫度差與其間的法向距離之比，某點的溫度梯度為趨于零時的極限值,即溫度梯度是向量,方向垂直于等溫面，并以溫度增長的方向為正。2、傅里葉定律表達式導(dǎo)熱量ｑ與溫度梯度成正比:——熱導(dǎo)率,單位為。負號表達熱流方向與溫度梯度的方向相反。二、熱導(dǎo)率1、固體純金屬的導(dǎo)熱率隨溫度升高而略有減小;非金屬的值隨密度的增大或溫度的升高而增大。2、液體非金屬液體以水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而略有減小。3、氣體氣體的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)Ｒ——無限平壁的導(dǎo)熱熱阻，.多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)?１、無限長單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（無內(nèi)熱源)——圓筒壁厚度,；——平均面積，；（），無限長多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(無內(nèi)熱源）兩流體間的熱量傳遞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-流體間的溫差成正比：,——給熱系數(shù)，單位為傳熱速率和給熱系數(shù)——傳熱系數(shù),單位與相同。1、換熱管內(nèi)外面積不相等的考慮傳熱面積計算的最終結(jié)果通常用管外面積表達。污垢熱阻（——管壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻)若污垢熱阻與壁阻可忽略時，若相差較大時：若<＜，則;若＞>，則,應(yīng)提高較小的進而提高Ｋ;若相差不大時，兩者應(yīng)同時提高。傳熱溫差和熱量衡算為換熱器進、出口處的平均溫差,傳熱效率-傳熱單元數(shù)法1、傳熱速率方程:2、熱量衡算方程：3、傳熱效率(1)若熱流體的較小時,（2)若冷流體的較小時,傳熱單元數(shù)（1)熱流體(2）熱流體５、傳熱效率和傳熱單元數(shù)NTU的關(guān)系(1）逆流換熱器：(2）并流換熱器：——熱容量之比,壁溫的計算對于穩(wěn)定傳熱過程，——熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積和平均傳熱面積；——熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫；——熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的給熱系數(shù)。，,給熱系數(shù)給熱系數(shù)的影響因素和數(shù)值范圍影響給熱的因素:（１)引起對流的因素;(2）流體的流動形態(tài)；（３）流體的物理性質(zhì)；（4）傳熱面的幾何因素;(5）流體有無相態(tài)變化。二、給熱系數(shù)與量綱分析特性數(shù)的符號和意義特性數(shù)名稱符號涵義努塞爾數(shù)表達導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻只比雷諾數(shù)反映流體的流動形態(tài)和湍流限度普朗特數(shù)反映與傳熱有關(guān)的流體性質(zhì)。氣體，液體格拉曉夫數(shù)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(shù)”——流體的膨脹系數(shù)１/℃;——流體內(nèi)的溫度差℃——流體由于溫度差而產(chǎn)生的浮升力,流體做強制對流時的給熱系數(shù)1、流體在圓形直管內(nèi)做強制湍流（１）當(dāng)壁溫和流體平均溫度相差不大時，合用范圍：，0．6～160,管長和管徑之比定型尺寸規(guī)定為管內(nèi)徑；定性溫度為流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。當(dāng)流體被加熱時，；當(dāng)流體被冷卻時,，空氣或其他對稱雙原子氣體，(２)當(dāng)壁溫和流體平均溫度相差較大時,應(yīng)用范圍：，0．7～1６700，特性尺寸:管內(nèi)徑定性溫度：取壁溫作定性溫度,其他物理性質(zhì)均為流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。2、流體在圓形直管內(nèi)做強制層流合用范圍:，，3、彎曲管道內(nèi)的給熱系數(shù)——圓管、直管中的給熱系數(shù);——管內(nèi)徑，m;——彎管軸的曲率半徑，ｍ4、非圓形直管中的給熱系數(shù)將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑５、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(shù):6、提高給熱系數(shù)的途徑不管管內(nèi)或管外,提高流速都能增大給熱系數(shù)流體做自然對流時的給熱系數(shù)蒸汽冷凝時的給熱系數(shù)膜狀冷凝:當(dāng)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(zhì),或者蒸氣中混有油類或脂質(zhì)物質(zhì),冷凝液不能潤濕