(4.2.5)--讲义及笔记化工原理课件.pdf

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1、I 目录 第一章 流体流动.1【教材导读】.1【复习策略】.1【考点梳理】.1 一流体的基本性质.1 二.流体流动的基本概念.2 三.流体稳定流动的物料衡算.3 四.稳定流动流体的机械能衡算伯努利方程.3 五.实际流体伯努利方程的应用.6 六.管路分类及特点.6 七.管内流动的阻力损失.7 八.流体中的扩散现象与扩散定律.7【历年真题】.8【考题预测】.8 第二章 流体输送机械.10【教材导读】.10【复习策略】.10【考点梳理】.10 一.离心泵的构造与作用原理.10 二离心泵的性能参数与特性曲线.11 三离心泵的类型及选用.13 四离心泵的安装高度.13 五离心泵的工作点及调节.13 六往

2、复泵.14 七离心风机.14 八往复压缩机（了解即可）.15【历年真题】.16【考题预测】.16 II 第三章 流体通过颗粒层的流动.18【教材导读】.18【复习策略】.18【考点梳理】.18 一、颗粒床层的特性.18 二、过滤分离原理及设备.19 三重力沉降.20 四离心沉降.21 五固化流态化.22【历年真题】.22【考题预测】.22 第四章 液体搅拌.24 第五章 传热.24【教材导读】.24【复习策略】.24【考点梳理】.24 一基本概念.24 二传热的基本方程式.28【历年真题】.30【考题预测】.32 第六章 蒸发.34 第七章 传质与分离过程概论.34【教材导读】.34【考点梳理

3、】.34【复习策略】.34 一、相组成的表示方法（会做简易的计算或换算）：.35 二、质量传递的描述与方式.35 二、对流传质.37【历年真题】.38 III 【考题预测】.38 第八章 气体吸收.39【教材导读】.39【考点梳理】.39【复习策略】.39 一、概述.39 二、吸收过程的相平衡关系.39 三、吸收过程的速率关系.41 四、低组成气体吸收的计算（重点）.42 五、影响吸收过程因素分析.45 六、高组成气体吸收的计算.45【历年真题】.45【考题预测】.46 第九章 蒸馏.48【教材导读】.48【复习策略】.48【考点梳理】.48 一、概述.48 二、两组分溶液的气液平衡.49 三

4、、单级蒸馏过程.49 四、精馏-多级蒸馏过程.50 五、两组分连续精馏的计算.50 七、特殊精馏.56 八、板式塔.56【历年真题】.57【考题预测】.58 第十章 液-液萃取和液-固浸取.60【教材导读】.60【考点梳理】.60 IV 【复习策略】.60 一、概述.60 二、相平衡关系的数学描述.61 三、萃取剂的选择.61 四、影响萃取分离效果的因素.62 五、单级萃取、多级萃取以及理论级数的计算.62【历年真题】.65【考题预测】.65 第十一章 固体物料的干燥.67【教材导读】.67【考点梳理】.67【复习策略】.67 一、概述：.67 二、湿空气的性质及湿度图.68 三、干燥过程的物

5、料衡算与热量衡算.70 四、干燥速率和干燥时间.72【历年真题】.75【考题预测】.76 第1页 第一章第一章 流体流动流体流动 【教材导读】【教材导读】本章教材分为八小节，主要讨论流体流动的基本概念，流体中的质量和动量传递现象；流体流动的基本方程，阻力损失及管路的计算等方面。主要掌握伯努利方程的几种形式，并能灵活应用。【复习策略】【复习策略】本章教材重点掌握如下知识点：流体的性质，流体的静力学方程及应用，流体流动的基本概念及基本方程，动量传递，流体在管内阻力损失，流体输送管路的计算以及几种流体测量工具。【考点梳理】【考点梳理】一一流体的基本性质流体的基本性质（流体的基本性质是复习和掌握各章内

6、容的基础，故应首先掌握）流体分为可压缩和不可压缩流体。其基本性质是压力，温度的函数。对于不可压缩流体，其基本性质主要与温度有关。1.密度密度：单位：kg/m3。与温度的关系：温度升高，液体密度减小，气体密度减小。2.粘度粘度 单位：(NS)/m2，cP，P 1 cP=0.01P=10-3Pas 与温度的关系：温度升高，液体粘度降低，气体粘度增大。与压强的关系：压力对粘度影响较小。牛顿黏性定律：=dudy 第2页 牛顿型流体：服从牛顿黏性定律 包括所有的气体和大多数低相对分子质量的液体 非牛顿型流体：不服从牛顿黏性定律 包括相对分子质量很大的高分子溶液，蛋白质或多糖类溶液或悬浮液 理想流体：无黏

7、性（=0）的流体。黏度与压强无关。实际流体：都具有黏性。黏度一般随压强的升高而增加，当压强小于 4.0MPa时，液体黏度随压强变化不大。3.导热系数导热系数 单位：W/(mK)与温度的关系：温度升高，液体导热系数减小（甘油，水除外），气体导热系数增加。4.定压比热容定压比热容 Cp 单位：J/(kg)与温度的关系：温度升高，液体，气体的比热均增加 连续介质假定 二二.流体流动的基本概念流体流动的基本概念 1.1.稳态与非稳态流动稳态与非稳态流动 稳态：空间各点的流速，流量，压力等物理量和运动参数不随时间而变化 非稳态：流体的流动状态不仅与空间位置有关，还与时间有关 2.体积流量体积流量 qV:

8、m3/s,m3/h qV=u A 质量流量质量流量 qm:kg/s,kg/h 3.流速流速：u=单位：m/s 管中心流速最大，越靠近管壁流速越小，管壁处流速为 0 管内流速分布：层流：管轴上：Vmax=1242 第3页 u=umax(1-22)点速度 =0.5 umax 湍流：V=Vmax(1-)1/n u=22(+1)(2+1)umax 4.流型与雷诺数流型与雷诺数 流型：层流，湍流 雷诺数：Re=，是一个量纲 Re2000，层流;Re4000，湍流;2000Re4000,过渡状态 用雷诺数来判断流体的流动状态非常重要！5.边界层分离（填空或简答）边界层分离（填空或简答）对照化原 P21（朱

9、家烨版），掌握边界层分离原理。当流体到达圆柱表面时，动能全部转化为静压能，此时压强最大，迫使流体向两侧流动，受固体表面阻滞形成边界层。B 点前，加速减压，顺压强梯度流动。B 点后，减速加压，逆压强梯度流动。在 C 点，靠近壁面的流体流速降为0，自该点起，离壁面不同距离的流体速度相继降为 0，为 C-C。在 C-C外部区域形成脱体边界层，这就是边界层分离。在逆压强梯度的推动下，近壁流体倒流，形成涡流区，由此产生形体阻力损失。三三.流体稳定流动的物料衡算流体稳定流动的物料衡算 qm（质量流量）=uA=u1A11=u2A22=常数 不可压缩流体：1=2=，则 u1A1=u2A2，12=2212 四四

10、.稳定流动流体的机械能衡算稳定流动流体的机械能衡算伯努利方程伯努利方程 1.成立条件成立条件：连续稳定的流动系统 2.方程表达式方程表达式：以单位质量为基准：1+1+122+=2+2+222+222 J/kg 以单位重量为基准：第4页 1+1+122+=2+2+222+222 m 液柱 以单位体积为基准：1+1+122+=2+2+222+222 J/m3,Pa 掌握伯努利方程的几种形式，计算题经常用到。伯努利方程是本章复习的重中之重，一般计算题第一题会考察其应用，要学会灵活应用。3.各式中摩擦系数各式中摩擦系数的确定的确定：=f(Re,)Re=（1）查图 Re2000，层流，=f(Re)Re4

11、000，湍流，=f(Re,)Re较大，完全湍流（阻力平方区），=f()（2）计算法 Re2000，层流，=64 4.理想流体伯努利方程式理想流体伯努利方程式 =0,则阻力损失为 0 则伯努利方程变为：1+1+122=2+2+222 5.流体的静力学基本方程（很重要）流体的静力学基本方程（很重要）不可压缩流体，为常数，处于静止状态 1+1=2+2 根据能量守恒得来 压力的换算：1atm=101325Pa=101.325KPa=1.0332kgf/cm2=10.332mH2O=760mmHg 方程的表达意义：（1）静止液体内任意一点压力的大小，与该点距液面的深度有关。越深则压力越大；（2）当液面上

12、方的压力 P 有变化时，将引起液体内部各点发生同样大小的变化；（3）静止的，连续的，同一液体，在同一水平面上，其压力相等，此平第5页 面为等压面。应用：根据流体静力学基本原理制作 U 型管压差计，测量某点压力或某两点间流体产生的压差 计算公式：P1-P2=(0-)g R 若被测流体为气体，其密度较指示液密度小的多。可简化为 P1-P2=0 g R(此时 R 值测该点处的表压强或真空度)倾斜 U 型管压差计：P1-P2=(0-)g R sin 双液体 U 型管压差计：P1-P2=(01-02)g R 0-越小，R 值就越大，读数精度越高 6.应用伯努利方程解题的注意事项应用伯努利方程解题的注意事

13、项 （1）为使计算系统清晰，正确理解和分析问题，在计算前应先根据题意画出流程示意图，标出流动方向和已知数据；（2）选取截面，确定流动系统。选取的截面应与流动方向垂直，且已知条件最多，两截面处或两截面间应包含所求未知量；（3）选取基准面，确定两截面的位能值；（4）统一单位为 SI 制单位，且计算时应分步骤计算；（5）对于比管道截面大得多的截面，其流速可近似等于 0，但不能表示为0。两截面处的压力可同时以绝压表示，可同时用表压表示，但绝对不能不一致。7.应用伯努利方程分析有关问题应用伯努利方程分析有关问题 （1）流体流动方向的判定：按两截面处的三项机械能总和的数值大小相比判断，绝不能以某一项机械能

14、大小相比去确定；（2）流体流动的摩擦阻力与流速和管内径的影响：层流时，直管阻力 hf u，hf 12；完全湍流时，直管阻力 hf u2，hf 15；利用两截面处的位能差输送液体，两截面处动能和静压能差一定时，增加管长，阻力不会改变。第6页 五五.实际流体伯努利方程的应用实际流体伯努利方程的应用 流量测量 （1）变压头流量计 a.测速管 uA=2()测点速度 b.孔板流量计 u0=02()孔流系数 C0=0.60.7（标准），C0=f(Re,01),Re 超过某一值，C0不再改变。测量管道中流体平均流量。c.文丘里流量计 u0=2()0.980.99 渐缩渐扩，避免了漩涡的产生，流动阻力较孔板大

15、大下降 （2）变截面流量计 转子流量计（恒流速，恒压差，变截面）Vs=CRA0 2()CR查图可得 这几个测量流量的工具要着重掌握其原理，会灵活运用，记住计算流速的公式，因此也可以求阻力损失。六六.管路分类及特点管路分类及特点 1.简单管路 特点：V1=V2=V3=V hf=hf1+hf2+hf3 2.并联管路 特点：V1+V2+V3=V 总流量等于各支路流量之和 hf=hf1=hf2=hf3 各支路阻力损失相等 各管内流体的流量自动分配：管径小，管子长，流量小；管径大，管子短，流量大。3.分支管路 D A B 第7页 特点：VA=VC+VD EtA=EtB+Wf,A-B=EtC+Wf,A-C

16、 分支管路设计时，必须满足能量需求最大的支管的输送 要求，其他支管可以通过改变管路阻力的方法调节流体机械能的大小。（关于这方面的计算题重点看一下，关键在于理解）七七.管内流动的阻力损失管内流动的阻力损失 阻力损失分为沿程损失和局部损失。（1）沿程损失（范宁公式）-重要！Wf=22 hf=22 (适用于层流，湍流，水平和非水平管径)层流：=64，则Pf=322 （哈根-泊涅叶方程）记住该公式，推导过程也需掌握 湍流:摩擦系数图；的经验式（2）局部损失 a.局部系数法：Wf=22 :阻力系数 突然扩大：1.0 突然缩小：0.5 b.当量长度法 Wf=22 由实验确定（3）总阻力损失：Wf=（+）2

17、2=+22 八八.流体中的扩散现象与扩散定律流体中的扩散现象与扩散定律 （1）唯象方程 扩散通量=-扩散系数 扩散推动力 （2）动量扩散与牛顿黏性定律 C 第8页 =dudy（3）热量扩散与傅里叶热传导定律 q=-kdTdy 导热系数 k 反映物质热传导能力的强弱 （4）质量扩散与费克扩散定律 jA=-DABddy 本章的重要内容如上，其余的细节还请同学们自己复习。本章必考一道大题，大家要重点复习。下面列举一下历年真题。【历年真题】【历年真题】1）（10 年填空）如果某流体的粘度有如下关系：=f(dudy),则该流体为 流体 2）（07 年填空）牛顿粘性定律的表达式为：，该式适用条件为 流体作

18、 流动。3）（09 年计算）离心泵将 10的水由储水池输送到高位槽，两液面维持 16m，吸入管路与排出管路的管径均为55mm*2.5mm，管子长度（包括局部阻力当量长度在内）为 28m，摩擦系数=0.025，AB 段直管段长度为 6m，其两端所装 U型压差计读数 R=40mm(指示液是汞，0=13600kg/m3)。试求：（1）水在管内的流速及输水量；（2）水在管内的流动类型；（3）输送泵损坏，现库存有一台离心泵，在输水范围内，泵的性能曲线方程为H=25-7.2*104Q2，式中 H 为扬程，m 水柱；Q 为流量，m3/s，泵的效率为 60%，通过计算说明泵能否满足要求，操作时泵的轴功率为多少

19、？注：水的密度近似取为 1000kg/m3，水的粘度为 130.53*10-5Ns/m2。【考题预测】【考题预测】1）牛顿粘性定律的表达式为：，动力粘度的 SI 单位为 或 ，运动粘度 的 SI 单位为 。第9页 2）液体在圆管内作稳定连续流动时，当 Re 时，为滞流流动，其=；当 Re 时，为湍流流；当 Re 时，流体流动在完全湍流区，此时当 为一常数时，其=。3）流体流动产生阻力的根本原因是因为流体流动（C）A遇到了障碍物 B.与管壁产生摩擦 C.产生了内摩擦切向力 4）用泵 2 将储罐 1 中的有机混合液送至精馏塔 3 的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为 1.0133*

20、105Pa。流体密度为 800kg/m3,塔进口处的塔内压力为 1.21*105Pa，进口料高于储罐液面 8m，输送管道直径为68mm*4mm，进料量为 20m3/h.。料液流经全部管道的能量损失为 70J/kg，求泵的有效功率。解：在 A-A截面与 B-B截面列伯努利方程+22+=+22+=1.0133*105Pa =1.21*105Pa =8m uA=0 =70J/kg uB=20/3600/(4*0.062)=1.966 m/s 解得 he=153J/kg Ne=800*153*20/3600=680w 第10页 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械【教材导读教材导读】本章分为八小节，

21、以离心泵为重点，主要讨论离心泵的构造与作用原理，离心泵的性能参数与选择，离心泵的安装、操作与调节。【复习策略复习策略】本章教材重点掌握如下知识点：管路特性曲线，离心泵的构造与作用原理、操作条件及其性能参数与特性曲线，确定离心泵的安装高度、工作点、操作与调节，了解其它泵的特性。重点就是离心泵及其它重要类型泵的计算。【考点梳理考点梳理】一一.离心泵的构造与作用原理离心泵的构造与作用原理 1.构造构造 由 612 片后弯叶片组成的叶轮和蜗壳形式的泵壳构成。a.叶轮：闭式：输送较为洁净的液体 开式，半开式：输送浆料，黏性大，有固体颗粒悬浮物的液体。液体易发生倒流，效率较低 b.泵壳：泵壳为蜗壳状是为了

22、使从叶轮抛出的高速液体在泵壳通道内逐渐降低速度，将大部分动能转化为静压能，提高了出口压力，减少了因液体流速过大而引起的机械能损失。2.操作原理操作原理 （1）开动前，泵内灌满所输送液体；（2）开动后，叶轮高速旋转，叶片间的液体随之旋转。液体获得动能，同时旋转产生了离心力，液体从叶轮中部抛向叶轮外周。液体以很高的流速流入泵壳，第11页 泵壳呈蜗壳状，越接近泵的出口，壳内流动通道截面积越大，使液体在壳内减速，大部分动能转化为静压能，从出口进入排出管路；（3）当叶轮中心的液体被排出后，泵壳吸入口形成低压区，在压差作用下，液体便经吸入管进泵内，填补被排出液体的位置。只要叶轮不停转动，液体便不断地被吸入

23、和压出而达到连续输送液体。3.叶片形状：叶片形状：前弯，后弯，径向。应采用后弯叶片。4.汽蚀现象：汽蚀现象：当叶轮入口附近的液体压力等于或者小于输送温度下液体的饱和蒸气压（相应的 P1达到确定的最小值 Pmin）时，液体将在此处汽化形成气泡。含气体的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压的作用下急剧缩小而破灭，产生局部的真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。在巨大的冲击力的反复作用下，使叶片表面材质疲劳，从点蚀到形成裂缝，导致叶轮或泵壳破坏。（重要）二离心泵的性能参数与特性曲线二离心泵的性能参数与特性曲线 1.离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数（1）流量 Q：泵单

24、位时间内输送的液体量。与泵的结构，尺寸和转速有关。（2）扬程 H：单位重量流体经泵的作用所获得的能量；m 液柱；H=HP+HV HP：真空表 V 的读数 HV：压力表 P 的读数（3）效率：=qhM 其中：1）容积损失效率 q由于泵的泄漏造成的，q0.850.95（闭式）；2）水力损失效率 h由于有一定粘性液体经泵输送时，在叶轮流道和泵壳中产生摩擦和局部阻力损失的能量而引起，h0.80.9；3）机械损失效率 M泵在运转时，泵轴与轴承间摩擦引起的能量损失，M0.960.99（4）轴功率 N：N=,W（5）有效功率 Ne=第12页 （6）离心泵的抗汽蚀性能 为了防止泵发生汽蚀，泵入口处的静压头与动

25、压头之和 1+122 必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头 ，此数值即为离心泵的允许汽蚀余量，用NPSH 表示，单位为 m，其定义式为：NPSH=1+122 临界汽蚀余量：(NPSH)c=1,+122 必须汽蚀余量：(NPSH)r 越小，泵抗汽蚀性能越好。允许汽蚀余量：NPSH=(NPSH)r+0.5（7）基本方程表达式：=21+22122=+理论压头计算式：=22122+22122+22122 2.离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 (在固定转速下，用 20的清水为介质，常压下通过实验测得)H Q 曲线，N Q 曲线，Q 曲线 3.离心泵性能曲线的影响离心泵性能曲线的影响 （1）液体的密度：对

26、 HQ 曲线无影响，对泵的流量、效率 无影响 对 NQ 曲线有影响，因 N=（2）液体的粘度：增大，则泵内液体的能量损失增大，导致泵的 Q，H及 降低，而 N 增加，泵的特性曲线也发生变化；（3）离心泵的叶轮直径 D：=()2=()3=（4）离心泵的叶轮转速 n:=()2 =()3 以上各式在计算题和填空题中会遇到，重点掌握。4.离心泵的特性曲线应掌握离心泵的特性曲线应掌握以下几个规律以下几个规律：每种型号的离心泵在特定转速下有其独特的特性曲线，且不受管路特性的影响；第13页 在固定转速下，离心泵的流量、压头和效率不随被输送液体的密度而变但泵的轴功率与液体的密度成正比；离心泵的轴功率在流量为

27、0 时最小，随流量的增大而增大，因而在启动离心泵时应关闭泵的出口阀，以减少启动电流来保护电机。停泵时也要关闭出口阀，这样可以防止排出管的液体倒流，保护叶轮；在额定流量下，泵的效率最高。该最高效率点为泵的设计点，对应的各项参数为最佳操作参数，铭牌上标出的数据即为最高效率点对应的数值。三离心泵的类型及选用三离心泵的类型及选用 1.离心泵的类型离心泵的类型 清水泵，耐腐蚀泵，油泵，杂质泵 2.离心泵的选用离心泵的选用 （1）根据被输送流体的性质，选用泵的类型 （2）根据被输送流体的流量 Q 和管路系统在流量 Q 条件下需泵提供的能量，选用泵的型号 （3）若有两种或两种以上型号均能满足 Q 和 L 时

28、，则选用 大，N 小和价格低的一种型号 四离心泵的安装高度四离心泵的安装高度 H=01 122+,01 若储槽液面上方与大气相通，则 P0即为大气压 Pa 五离心泵的工作点及调节五离心泵的工作点及调节 1.管路特性曲线管路特性曲线 HL=21+2 1+22122+22=A+B2 A=21+2 1 2.工作点工作点：在同一坐标图中，管路特性曲线与泵特性曲线的交点 3.离心泵的调节离心泵的调节 第14页 （1）改变管路特性曲线-阀门调节 （2）改变泵特性曲线 调节泵的转速；改变离心泵的叶轮直径 （3）离心泵的并联和串联 当输送系统所需的流量较大时，可采用两台或两台以上离心泵并联，但注意并联的流量比

29、两台或两台以上单台离心泵的流量之和小。当输送系统所需的压头较高时，可采用串联两台或两台以上离心泵，但总扬程比两台或两台以上单台离心泵的扬程之和小 六往复泵六往复泵 掌握往复泵的工作原理及特点：往复泵与离心泵不同，它有自吸能力，启动前不需灌泵，属于正位移泵，不会有气缚现象，有汽蚀现象。1.输液：输液：利用容积改变，将液体吸入和排出 2.操作：操作：启动前不能关闭出口阀，不需灌液 3.调节：调节：增设旁路调节装置 改变活塞冲程或往复频率 4.轴功率：轴功率：P=60 其他几种泵了解即可，并不是重点 七离心风机七离心风机 1.特性参数：特性参数：风量，风压，轴功率，效率 风量 q：单位时间内从风机出

30、口排出的气体体积，以风机进口处的状态记，单位 m3/h 风压 HT：单位体积气体通过风机时所获得的能量，单位 J/m3 或 Pa，习惯用 mmH2O 表示。HT=(2 1)+222 功率与效率：P=1000 2.特性曲线特性曲线：HT Q 曲线，HP Q 曲线，N Q 曲线，Q 曲线 3.选用：选用：第15页 根据管路布局和工艺条件，计算输送系统所需的实际风压，并换算为实验条件下的风压；由所需风压范围与气体的性质选用风机类型；根据实际风量和实验条件下的风压，选择适宜的风机型号 注意：注意：应将管路系统所需的风压 HT换算为样本中规定条件 P=760mm,t=20,进口空气的密度=1.20Kg/

31、m3情况下的风压 =HT =HT 1.2 八往复压缩机八往复压缩机（了解即可）（了解即可）（1）结构及工作原理：吸气阶段、压缩阶段、和排气阶段（2）压缩过程分为等温、绝热与多变三种压缩过程。一个理想压缩循环所需的外功为：W=21 针对等温、绝热与多变三种压缩过程分别积分得到一个理想压缩循环所需的理论功，分别为：W=21=1121 等温 =111(21)1 1)绝热 =111(21)1 1)多变（3）绝热压缩机的出口温度 T2=1(21)1（4）实际压缩循环中，活塞对气体所做的多变理论功为：1(1 4)1(21)1 1)（5）余隙系数 和容积系数 0：=313 100%0=1413 合理设计时，

32、0=0.7-0.92 第16页 【历年真题历年真题】1）（10 年填空）启动时需要关闭出口阀门的液体输送泵是 。为改善往复泵流量不均匀的特点，常用的两个方法是 、。2）（11 年填空）液柱压力计是基于流体热力学原理的测压装置，用 U 型管压差计测压时，若一端与大气相通，则读数 R 表示的是 或 。3）（03 年选择）对离心泵的允许安装高度无影响的是（）A当地大气压 B.被输送液体的温度 C.泵吸入管的长度（包括局部阻力当量长度）D.泵排出管的长度（包括局部阻力当量长度）【考题预测考题预测】1）何谓气缚现象？如何防止？答：离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。2）泵是指 ，

33、按其工作原理来分可分为 、。答：为液体提供能量的输送机械。离心式、往复式、旋转式、流体作用式。3）泵将 20的水由一贮槽打到另一贮槽，其中吸入管长为 50m，排出管长为160m，且泵到管出口的距离为 10m，其中流量为 35m3/h，已知：P0=1atm，=0.02，HS=3.0m，N电=2kw，电=0.94，20时水的密度为 1000kg/m3，=1.24*10-3Ns/m2,求忽略动压头泵的安装高度，轴功率及效率。解：解：u1=35/3600/(4 0.092)=1.53m/s u2=1.53m/s Z=HS-22=HS-22 22=1.555m 第17页 考虑 0.5m 的安装安全系数，

34、则泵的安装高度为 1m N轴轴=N电电=1.88kw H=Z+h=Z+22+(进+出)22=16.75m N=gHQ=16.75*9.81*1000*35/3600=1.66kw=N/N轴轴=1.66/1.88=85%第18页 第三章第三章 流流体通体通过颗粒层的流动过颗粒层的流动 【教材导读】【教材导读】本章分为五小节。主要介绍沉降分离的相关概念以及固体流态化的内容。【复习策略复习策略】本章考察的内容较少，主要有颗粒的自由沉降速度的计算（斯托克斯公式），流体通过固定床的压降（欧根方程），了解固体颗粒流态化以及水平及垂直气力输送。掌握过滤速率、过滤常数、过滤时间及洗涤时间、过滤机的生产能力、恒

35、压过滤及恒速过滤方程。重点掌握板框过滤机及转筒过滤机的计算，了解沉降室，旋风分离器的特点及原理。【考点梳理考点梳理】一、一、颗粒床层的特性颗粒床层的特性 1.颗粒特性颗粒特性 当量直径：dp=6 dp=1/=1 球形度：=2.颗颗粒床层特性粒床层特性（1）空隙率：=0=VP：床层内颗粒所占体积 Vb：床层总体积 V0：颗粒床层空隙体积（2）床层比表面积：ab=(1-)a 取决于颗粒大小，颗粒越小，包含的颗粒数越多，床层比表面越大。第19页 （4）虚拟管组的当量直径：deb=4床层空隙体积床层颗粒的全部表面积=4=4(1)二、二、过滤分离原理及设备过滤分离原理及设备 1.目前工业应用的过滤方式有

36、目前工业应用的过滤方式有：滤饼过滤，深层过滤，膜过滤 2.工业上常用的过滤介质有工业上常用的过滤介质有：织物介质，堆积介质，多孔固体介质，多孔膜 3.过滤基本方程：过滤基本方程：过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积，单位 m/s u=352(1)2 过滤速率：单位时间内获得的滤液体积，单位 m3/s u=352(1)2 （是床层中颗粒间空隙体积与整个床层体积之比，称为空隙率。表示的是压力降）4.恒压过滤恒压过滤 （1）恒压过滤时，压差不变，k,A,s,Ve 也是常数。令 K=2kP1-S,K 是由物料特性及过滤压差所决定的常数，称为过滤常数。（2）恒压过滤的基本方程：=22(+)两边积

37、分得：V2+2VVe=KA2 =2(+)积分得 q2+2qqe=K 当过滤介质阻力可以忽略时，Ve=0，qe=0，则恒压过滤的基本方程可以简化为：V2=KA2，q2=K 5.恒速过滤与先恒速后恒压的过滤恒速过滤与先恒速后恒压的过滤 恒速过滤时的过滤速度为常数，即=常数 对于先恒速后恒压的过滤，令 R，VR分别代表恒速阶段的过滤时间及所得的滤液体积，对恒压阶段积分(+)=21 得 (V2-2)+2Ve(V-VR)=2()6.滤饼的洗涤滤饼的洗涤 第20页 洗涤速率：单位时间内消耗的洗涤液体积，以()w表示 洗涤时间w=()板框过滤机的洗涤速率约为过滤终了时过滤速率的四分之一 连续式过滤机及叶滤机

38、洗涤速率等于过滤终了时的过滤速率 7.过滤机的生产能力过滤机的生产能力 （1）间歇式过滤机 过滤的一个周期的时间包括：过滤时间；洗涤时间 w；卸渣，清理的辅助操作时间 D 生产能力：Q=3600=3600+（2）连续过滤机 一个操作周期就是转筒旋转一周所用的时间 T，T=60 生产能力：Q=3600=360060=60=60(602+22)三三重力沉降重力沉降 1.沉降速度沉降速度 重力-浮力=阻力 光滑球形颗粒自由沉降速度：u t=4()3 各区沉降速度公式：斯托克斯区：u t=2()18 阿伦区：u t=0.27()0.8 牛顿区：u t=1.74()非球形颗粒用 dp 代替 d 2.重力

39、沉降室重力沉降室 第21页 （1）沉降时间 t：t=（2）颗粒停留时间:=（3）除尘条件：t，即 3.生产能力：Q=BLut 只与 B，L，沉降速度 ut有关 n 层：Q=（n+1）BLut 四四离心沉降离心沉降 1.沉降速度沉降速度：将重力加速度 g 换成离心加速度 2(uT为切向速度)u r=4()23 当颗粒较小时，一般在斯托克斯区沉降，则=24,u r=2()182 2.旋风旋风分离器分离器（1）沉降时间 t：t=182()2（2）颗粒停留时间:=2（3）除尘条件：t，即 2 182()2（4）临界直径：dc=9（5）阻力：P=22 标准式：=1612 值为 5.08.0（6）影响因素

40、：影响因素 对提高除尘效率 对降低阻力损失 筒体直径 D 大些好 小些好 出口管径 D1 小些好 大些好 气体温度 t 低些好 高些好 气体密度 几乎不受影响 小些好 颗粒密度s 大些好 几乎不受影响 第22页 入口粉尘浓度 c 稍大些好 大些好 入口气速 u 1225m/s 为宜 Pu2，小些好 入口截面积 Bh B 影响大，宜窄 小些好 圆筒部分长度 H1 有最佳值 长些好 圆锥部分长度 H2 稍长些好 长些好 内壁粗糙度 小些好 小些好 气密性 负压操作，绝对密闭 几乎不受影响 五固化流态化五固化流态化 （1）散式流态化：）散式流态化：大多数液-固流化呈现散式流化 （2）聚式流态化：）聚

41、式流态化：气-固一般为聚式流化【历年真题历年真题】1）（11 年填空）现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于层流区。当其它条件都相同时，比较降尘室处理 200与 20含尘气体的生产能力 V 的大小 AV200V20 BV200=V20 CV200V20 D无法判断 2）(10 年填空)一降尘室长 5m，宽 3m，高 1m，中间装有 9 块隔板，隔板间距为 0.1m，现颗粒最小直径为 10m，其沉降速度为 0.02m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来，含尘气体的最大流速不能超过 m/s.3）(10 年填空)在板框过滤机上过滤某种悬浮液，在 0.1MPa(表压)下，20min 可在每平方米过滤

42、面积上得到 0.197m3的滤液，再过滤 20min，又得到滤液 0.09 m3，则共过滤 1h 可得总滤液量 m3.4）(10 年填空)散式流态化现象一般是发生在 系统，聚式流态化现象一般是发生在 系统。【考题预测考题预测】1）沉降室内颗粒得以沉降的条件 。答：颗粒的停留时间大于沉降时间 第23页 2）沉降操作是指在某种 中，利用分散相和连续相之间的 ，使之发生相对运动而分离的操作。沉降过程有 和 沉降两种方式。答：力场；密度；重力；离心 3）在一个过滤周期中为了达到最大生产能力应（D）A过滤时间应大于辅助时间 B过滤时间应小于辅助时间 C 过滤时间应等于辅助时间 D过滤加洗涤所需时间等于

43、1/2 周期 第24页 第四章第四章 液体搅拌液体搅拌 本章内容不是重点，故在此不做介绍了 第第五五章章 传热传热 【教材导读教材导读】本章分为小节，主要介绍了传热的基本原理及规律，热传导速率方程及应用，换热器的热量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，对流传热系数关联式，辐射传热的基本概念和相关定律等方面。主要掌握总传热的热平衡方程的几种形式，并能灵活应用。【复习策略复习策略】本章为重中之重，每年必有一道计算题，也会出现选择与填空题，因此更应好好掌握本章内容。本章考察内容有：固体中的热传导计算（包括平壁热传导及圆筒热传导）；对流给热系数主要掌握无相变的管内强制对流给热系数的计算，了解冷凝传

44、热及沸腾传热；对于辐射传热主要掌握黑体辐射能力，克希霍夫定律，两物体通过辐射传递的热量计算公式，高温设备联合给热系数关系式；对于传热过程的计算主要掌握热量衡算式，总传热系数，平均温差计算式，传热总方程式，传热负荷方程式；同时要掌握间歇传热过程计算，壁温估算以及传热强化方法。【考点梳理考点梳理】一一基本概念基本概念 1.热热传导传导：（1）机理：在温差存在下，依靠直接接触物体各部位中基本粒子的微观运动，将热能从高温部分传到低温部分，物体中质点不发生宏观相对位第25页 移。A在金属固体中，热传导是由于自由电子运动而引起传热 B在不良导体的固体和大部分液体中，依靠弹性波而引起传热 C在气体中是由分子

45、不规则运动而引起传热（2）基本定律：傅里叶定律：q=-kdtdy（3）导热系数 k：k=dtdy，k 得大小可以反映物质导热能力的强弱，其值越大，导热能力越强。是物质的物理性质之一。一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。合金的导热系数比纯金属要低，金属液体的导热系数比一般液体的导热系数高。（4）影响导热系数的因素：物质的化学组成 同种物质的内部结构 同种物质的所处状态 材料所处的温度（5）平壁的热传导 单层平壁 Q=12=多层平壁：通过各层的热流量相等 Q=11=22=33 各层的传热温差和热阻满足叠加原理：Q=1+2+31+2+3=1411 22+33 1:2:3

46、=1:2:3 某层的热阻越大，温差越大 2=111 3=4+33（6）圆筒壁的热传导 Q=121221=12=其中=，=2121 多层圆筒壁：Q=2l(14)1121+1232+1343 第26页 2=112121 3=4+12343 2.对流传热对流传热（1）机理：流体质点发生宏观相对位移而引起的传热 A 自然对流：由温度差引起密度差，而发生流体质点位移的对流传热；B强制对流：靠外加作用引起流体质点位移的对流传热（2）基本定律：牛顿冷却定律：dQ=hdAt A.h 的物理意义：当t=T-TW（或 TW-t）为 1时，单位时间内通过单位面积上传递的热量；单位：W/(m2)。h 表示对流传热强弱

47、程度，h 越大，对流传热越好。B.h 的影响因素：流体的种类、性质，流体流动状况，流体对流状况，传热壁面情况，传热壁的温度与流体温度之差，传热过程中有无相态变化。无相态变化时，因次分析得：Nu=f(Re,Pr,Gr)无相态变化强制湍流传热：Nu=f(Re,Pr)无相态变化强制滞流传热：Nu=f(Re,Pr,Gr)无相态变化自然对流传热：Nu=f(Pr,Gr)C.h 的计算式：流体在圆形直管内作强制湍流流动 h=0.023()0.8()流体被加热：n=0.4 流体被冷却：n=0.3 适用范围：Re104，0.7Pr120，50 蒸汽冷凝给热系数 单根水平管外：h单=0.725(232)0.25

48、多根水平管外：h多=h单（）1/6 垂直管外或垂直板侧：Re2100，h=1.13(23)0.25 第27页 若 Re2100，h=0.068(23)13 影响因素及强化措施影响因素及强化措施：蒸汽冷凝给热过程的阻力主要集中于液膜层，故减小液膜层厚度是强化传热的有效措施。a.对于垂直管或板（）在垂直壁面上开若干纵向沟槽使冷凝液沿沟槽流下，可减薄其余壁面上的液膜厚度；（）沿垂直壁装若干条金属丝，也可起强化冷凝给热的作用，而且效果更为显著。这是因为冷凝液在表面张力的作用下，有向金属丝附近集中并沿丝流下的趋势，从而使金属丝之间壁面上液膜大为减薄，给热系数成倍增加。实验表明：当金属丝覆盖面积为 18%

49、时，给热系数最大；b.冷凝液应及时排除以免淹没换热管；c.不凝性气体应及时排除。蒸汽中含有 1%（质量分数）的不凝性气体时，会使 降低 60%；d蒸汽流向与液膜流向相同，液膜减薄；流向相反，液膜加厚；e.不能采用过热度较大的蒸汽冷凝传热；（3）沸腾传热 自然对流沸腾区：核状沸腾区；过渡沸腾区；膜状沸腾（4）壁温的确定 A与壁温有关的 计算式：高粘度流体强制对流，低粘度流体强制滞流，自然对流，蒸汽冷凝，液体沸腾 B 壁温接近于 大的一侧的流体温度，因 大热阻小，传热推动力t 小，即流体与壁面之间的温度差小 3.热辐射热辐射 （1）基本概念 吸收率 A，反射率 R，透过率 D A=1 黑体，R=1

50、 白体，D=1 透热体，A+R=1 灰体 第28页 （2）斯蒂芬波尔兹曼定律：=0(100)4 0=5.67 克希霍夫定律：=11=22 =A0(100)4（3）黑度=灰体：=A 数值上相等（4）两物体间的辐射传热：(高温物体 1 传到低温物体 2)12=12(1100)4(2100)4)（5）热损失：Q=+=()=+称为对流辐射联合给热系数 二传热的基本方程式二传热的基本方程式 1.热负荷：Q=W1Cp1（T1-T2）=W2Cp2（t2-t1）q=11+12=()=111+12 Q=KAtm 逆流：tm=(12)(21)ln(1221)并流：tm=(11)(22)ln(1122)2.传热面积