2022年完整word版,食品工程原理复习资料-重要公式总结.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 食工原理复习资料单元操作:不同食品的生产过程使用各种物理加工过程,依据物理加工过程的各种操纵原理,可以归结为数个广泛的基本过程,这些基本过程称为单元操作;特点:如干个单元操作串联起来组成的一个工艺过程称为物理性操作;同一食品生产过程中可能会包含多个相同的单元操作;单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同,进行该操作的设备也可通用;三传理论:单元操作按其理论基础可分为三类:流体流淌过程,传热过程,传质过程,以上三个过程包含三个理论,称为三传理论;(动量传递,热量传递,质量传递);物料衡算:依据质量守恒定律,以生产过程中或生产单元为争论对象,对其进
2、出口处进行定量运算,称为物料衡算;第一章 流体流淌与输送设备流体:具有流淌性的物体;如气体,液体;特点:具有流淌性;抗剪和抗张才能很小;无固定外形,随容器外形而变化;在外力作用下其内部发生相对运动;密度:单位体积流体的质量,称为流体的密度;fp,T压力:流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,又称为压力;在静止流体中,作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同;压力的单位:(1)按压力的定义,其单位为 N/m2,或 Pa;(2)以流体柱高度表示,如用米水柱或毫米汞柱等;标准大气压的换算关系 :1atm = 1.013 105Pa =760mmHg =10.33m H 2O压力的表示方法
3、 :表压 = 肯定压力 大气压力;真空度 = 大气压力 肯定压力静力学基本方程:压力形式p2p1gz 1zz 2能量形式p1z 1gp22g适用条件:在重力场中静止、连续的同种不行压缩流体;(1)在重力场中,静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关,而与该点所在的水平位置及容器的外形无关;1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - (2)在静止的、连续的同种液体内,处于同一水平面上各点的压力到处相等;液面上方压力变化时,液体内部各点的压力也将发生相应的变化;其次节 流体动力学体积流量 VS : 单位
4、时间内流经管道任意截面的流体体积,m3/s 或 m3/h;质量流量 m S : 单位时间内流经管道任意截面的流体质量,kg/s 或 kg/h ;平均流速 u :单位时间内流体在流淌方向上所流经的距离,m/ s;质量流速 G :单位时间内流经管道单位截面积的流体质量,kg/ (m2 s);相互关系: U=V/A;G= V= AU 内摩擦力:运动着的流体内部相邻两流体层间由于分子运动而产生相互作用,称为流体的内摩擦力或粘滞力;剪应力(内摩擦力) :t=F/A= u/定态 稳固 流淌与非定态(不稳固)流淌:流体流淌系统中,如各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化,而不随时间变化,这种流淌称之
5、为定态流淌;如流体在各截面上的有关物理量既随位置变化,也随时间变化,就称为非定态流淌;定态流淌系统的质量守恒连续性方程 : m S 1 m S2 常数u 1 1 A 1 u 2 2 A 2 常数 =常数(不行压缩流体)V S 1VS2A 2常数常数u 1A 1u2圆管定态流淌系统的u1d2u2d2常数机械能守恒柏努利方程一、实际流体12的柏努利方程以单位质量流体为基准:z 1g1u 12p 1W ez 2g1u22p2W f22J/kg 以单位重量流体为基准:z 11u12p 1Hez21u22p2h f2gg2gg2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资
6、料 - - - - - - - - - J/N=m 适用条件:(1)两截面间流体连续稳固流淌;(2)适于不行压缩流体,如液体;对于气体,当p1p1p220%,可用两截面的平均密度 m 运算;二、抱负流体的柏努利方程抱负流体是指没有黏性(即流淌中没有摩擦阻力)的不行压缩流体;z 1g1u12p 1z2g1u22p222z 11u 12p 1z 21u22p22gg2gg说明抱负流体在流淌过程中任意截面上总机械能、总压头为常数,三、柏努利方程的争论(1)当系统中的流体处于静止时,柏努利方程变为z 1gp1z2gp2上式即为流体静力学基本方程式;(2)在柏努利方程式中,zg、1 u 、 p 分别表示
7、单位质量流体在某截面上所具有的位2能、动能和静压能;而 We、 Wf 是指单位质量流体在两截面间获得或消耗的能量;输送机械的有效功率:P e m s W e输送机械的轴功率:P P e=W* 质量流量 /效率第三节 管内流体流淌现象1-3-1 流体的黏度一、牛顿黏性定律牛顿黏性定律说明流体在流淌中流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度之间的关系,其表达式为FAd.或.ududyd y牛顿黏性定律适用于层流;3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 黏度是度量流体黏性大小的物理量,一般由试验测定;物理意义:促使流体在与
8、流淌相垂直方向上产生单位速度梯度时的剪应力;单 位: Pa s,cP 1cP=10-3 Pa s 影响因素:温度与压力;液体: T , ;不考虑 p 的影响;气体: T , ;一般在工程运算中也不考虑 p 的影响;剪应力与速度梯度的关系符合牛顿黏性定律的流体,称为牛顿型流体;不符合牛顿黏性 定律的流体称为非牛顿型流体;运动黏度为黏度 与密度 的比值,单位为m2/s,也是流体的物理性质;一、流体流淌类型 层流(或滞流) : 流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动,流体分为如干层平行 向前流淌,质点之间互不混合;湍流(或紊流) : 流体质点除了沿管轴方向向前流淌外,仍有径向脉动,各质点的速度 在
9、大小和方向上都随时发生变化,质点相互碰撞和混合;二、流型判据雷诺准数Redu(1-28)Re 为无因次准数,是流体流淌类型的判据;(1)当 Re2000 时,流淌为层流,此区称为层流区;(2)当 Re4000 时,一般显现湍流,此区称为湍流区;(3)当 2000 Re 4000 时,流淌可能是层流,也可能是湍流,该区称为不稳固的过 渡区;依据 Re 准数的大小将流淌分为三个区域:层流区、过渡区、湍流区,但流淌类型只有两 种:层流与湍流;雷诺准数物理意义:表示流体流淌中惯性力与黏性力的对比关系,反映流体流淌的湍动 程度;第四节 流体流淌阻力 1-4-1 流体在直管中的流淌阻力 一、直管阻力的通式
10、 范宁公式的几种形式:能量缺失Wflu2d24 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 压头缺失h fW flu2gd2g压力缺失pfW flu2d2二、层流时的摩擦系数 层流时摩擦系数 是雷诺数 Re 的函数 64 Re 流体在直管内层流流淌时能量缺失的运算式为或W ff32lu哈根 -泊谡叶方程d2p32lud2说明层流时阻力与速度的一次方成正比;三、湍流时的摩擦系数湍流时摩擦系数 是 Re 和相对粗糙度d的函数:Wf, h f u1 -Re-d图:Re ,d(1)层流区Re2000 =64/Re, 与d无关(2)过
11、渡区2000 Re 4000 =f(Re,d)(4)完全湍流区Re Re c =f(d)与 Re 无关Wf, hf u2阻力平方区 虚线以上 1-4-2 局部阻力 一、阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数,W fu2或hu2fg22式中, 称为局部阻力系数,一般由试验测定;留意,运算突然扩大与突然缩小局部阻力时,u 为小管中的大速度;5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 进口阻力系数进口0.5,出口阻力系数出口1;二、当量长度法式中将流体流过管件或阀门的局部阻力,折合成直径相同、长度为leel的直管所产生的阻力
12、即Wfleu2或 h fu2d2d2gel 称为管件或阀门的当量长度,也是由试验测定;1-4-3 流体在管路中的总阻力当管路直径相同时,总阻力:或W ffW fW fldleu2d2WW fW flu22留意:运算局部阻力时,可用局部阻力系数法,亦可用当量长度法,但不能用两种方法重复运算;第七节 流体输送设备1-7-1 离心泵气缚现象:离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有布满液体,就泵壳内存有空气,而空气的密度又远小于液体的密度,故产生的离心力很小,因而叶轮中心处所形成的低压不足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,说明离心泵无自吸才能;因此,离心泵在启动
13、前必需灌泵;2.离心泵的主要部件叶轮泵壳 轴封装置二、离心泵的性能参数与特性曲线1. 性能参数流量 Q 离心泵单位时间内输送到管路系统的液体体积,m3/s 或 m 3/h;压头(扬程) H 单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量,J /N 或 m 液柱;效率 反映泵内能量缺失,主要有容积缺失、水力缺失、机械缺失;轴功率 P 离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴的功率,W 或 kW ;离心泵的有效功率 Pe 是指液体实际上从离心泵所获得的功率;P e100 %P6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 泵的有效功率:
14、PeQHg或P eQH102泵的轴功率为PQHg或PQH1022. 特性曲线离心泵特性曲线是在肯定转速下,用20水测定,由H-Q、P-Q、 -Q 三条曲线组成;(1)H-Q 曲线:离心泵的压头在较大流量范畴内随流量的增大而减小;不同型号的离心 泵, H-Q 曲线的外形有所不同;(2)P-Q 曲线:离心泵的轴功率随流量的增大而增大,当流量Q0 时,泵轴消耗的功率P P/kW最小;因此离心泵启动时应关闭出口阀门,使启动功率最小,以爱护电机;(3)-Q 曲线:开头泵的效率随流量的增大而增大, 达到一最大值后, 又随流量的增加而 下降;这说明离心泵在肯定转速下有一最高效率 点,该点称为离心泵的设计点;
15、一般离心泵出厂时铭牌上标注的性能参数均为最高效率点下 之值;高效率区通常为最高效率的 92左右的区域;3. 影响离心泵性能的主要因素 密度: Q 不变, H 不变, 基本不变, P ;黏度: Q , H , , P ;转速:比例定律Q 1n1;H1;n 12;P 12n 13D13Q2n2H2n2P 2n2叶轮直径:切割定律Q 1D1H1D1;P 1Q2D2H2D2P 2D2三、离心泵的工作点与流量调剂1. 管路特性曲线管路特性曲线表示在特定的管路系统中,输液量与所需压头的关系,反映了被输送液体对输送机械的能量要求;名师归纳总结 管路特性方程zp,HeABQ25le7 HHQM管路 特性曲线第
16、 7 页,共 17 页其中AB8ldHM泵 特性曲线g2gHeQQMQ- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 管路特性曲线仅与管路的布局及操作条件有关,而与泵的性能无关;曲线的截距 A 与两贮槽间液位差z及操作压力差p 有关,曲线的陡度B 与管路的阻力状况有关;高阻力管路系统的特性曲线较陡峭,低阻力管路系统的特性曲线较平整;2. 工作点泵安装在特定的管路中,其特性曲线H-Q 与管路特性曲线H e-Q 的交点称为离心泵的工作点;如该点所对应的效率在离心泵的高效率区,就该工作点是相宜的;工作点所对应的流量与压头,可利用图解法求取,也可由管路特性方程:HefQ泵特
17、性方程:HQ联立求解;3. 流量调剂(1)转变管路特性曲线 最简洁的调剂方法是在离心泵排出管线上安装调剂阀;转变阀门的开度,就是转变管路 的阻力状况,从而使管路特性曲线发生变化;这种转变出口阀门开度调剂流量的方法,操作简便、敏捷,流量可以连续变化,故应用 较广,特别适用于调剂幅度不大,而常常需要转变流量的场合;但当阀门关小时,不仅增加 了管路的阻力,使增大的压头用于消耗阀门的附加阻力上,且使泵在低效率下工作,经济上 不合理;(2)转变泵特性曲线 通过转变泵的转速或直径转变泵的性能;由于切削叶轮为一次性调剂,因而通常采纳改 变泵的转速来实现流量调剂;这种调剂方法,不额外增加阻力,且在肯定范畴内可
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