化工原理(第五版)完整版課件(全)

1、1第一章 流體流動(dòng)234 一、研究流體流動(dòng)問題的重要性 流體流動(dòng)與輸送是最普遍的化工單元操作之一； 研究流體流動(dòng)問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)。引 言5二、 連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點(diǎn)：由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備 尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。 工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究 流體。 6三、流體的可壓縮性 不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變 化，如液體； 可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化， 如氣體。7一、流體壓力 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。

2、 1、壓力的單位 SI制：N/m2或Pa；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O第一節(jié) 流體靜力學(xué)82、 壓力的表示方法 絕對(duì)壓力 以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。 表壓或真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。表 壓 = 絕對(duì)壓力 大氣壓力真空度 = 大氣壓力 絕對(duì)壓力9絕對(duì)壓力 絕對(duì)壓力 絕對(duì)真空 表壓 真空度 大氣壓 10 流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面； 任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反； 作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。3、靜壓力的特性11二、流體的密度與比體積（一）密度 單位體積流體的質(zhì)量。kg/m3 1、單組分密度

3、 液體 密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變 化關(guān)系可從手冊(cè)中查得。12 氣體 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想 氣體狀態(tài)方程計(jì)算： 注意：手冊(cè)中查得的氣體密度均為一定壓力與溫度 下之值，若條件不同，則需進(jìn)行換算。132、混合物的密度 混合氣體 各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。 或混合氣體的平均摩爾質(zhì)量； 氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分?jǐn)?shù)。 14 混合液體 假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （二）比體積單位質(zhì)量流體的體積。m3/kg15重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力 （2）下端面所受總壓力 （3）液柱

4、的重力設(shè)流體不可壓縮，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下三、流體靜力學(xué)基本方程式 16液柱處于靜止時(shí)，上述三力的合力為零:靜力學(xué)基本方程 式壓力形式能量形式17討論：（1）適用于重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體；（2）物理意義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg。 在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其總和保持不變 。18（3）在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱為等壓面。（4）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。 19四

5、、流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 （一） 壓力測(cè)量 1. U形管液柱壓差計(jì) 設(shè)指示液的密度為 ，被測(cè)流體的密度為 。 A與A面 為等壓面，即而p1p2mRAA20所以整理得若被測(cè)流體是氣體， ，則有21討論： U形管壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測(cè)得流體的表壓或真空度； 指示液的選?。?指示液與被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 其密度要大于被測(cè)流體密度。 應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 222. 倒U形管壓差計(jì) 指示劑密度小于被測(cè)流體密度，如空氣作為指示劑 233. 斜管壓差計(jì) 適用于壓差較小的情況。值越小，讀數(shù)放大倍數(shù)越大。 24

6、密度接近但不互溶的兩種指示 液A和C ；4. 微差壓差計(jì) 擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10 。25（二） 液面測(cè)定1.近距離液位測(cè)量裝置 壓差計(jì)讀數(shù)R反映出容器內(nèi)的液面高度。 液面越高，h越小，壓差計(jì)讀數(shù)R越小；當(dāng)液面達(dá)到最高時(shí)，h為零，R亦為零。262.遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置 管道中充滿氮?dú)?，其密度較小，近似認(rèn)為 而所以 AB27（三）確定液封高度液封作用： 確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時(shí)，氣體從液封管排出； 防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。液封高度：第二節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程28 1. 體積流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積。 qVm3/s或m3/h 2.質(zhì)量流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道

7、任意截面的流體質(zhì)量。 qmkg/s或kg/h。 二者關(guān)系：（一）流量一、流量與流速29（二）流速2.質(zhì)量流速 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。平均流速 （流速）單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。 kg/（m2s）流量與流速的關(guān)系： m/s30對(duì)于圓形管道：流量qV一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。流速選擇：3. 管路直徑的估算 d 設(shè)備費(fèi)用 流動(dòng)阻力 動(dòng)力消耗 操作費(fèi)均衡考慮uu適宜費(fèi)用總費(fèi)用設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)31 二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量?jī)H隨位置變化，而不隨時(shí)間變化； 非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時(shí)間變化。32三、連續(xù)性方

8、程式 對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，在管路中流體沒有增加和漏失的情況下： 推廣至任意截面 連續(xù)性方程式112233不可壓縮性流體，圓形管道 ： 即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)徑的平方成反比 。34四、伯努利方程式（一）伯努利方程式dxpA(p+dp)Agdmdz在x方向上對(duì)微元段受力分析：1、兩端面所受壓力分別為及2、重力的分量故合力為35動(dòng)量變化率動(dòng)量原理伯努利方程式 不可壓縮性流體，（1）36（二）伯努利方程式的物理意義單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg ；單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能，J/kg。各項(xiàng)意義：37將(1)式各項(xiàng)同除重力加速度g :（2）式中各

9、項(xiàng)單位為z 位壓頭動(dòng)壓頭靜壓頭總壓頭38 式（1）為以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式，式（2）為以重量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式，表明理想流體在流動(dòng)過程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)，三種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換。39Hz221040五、實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式（一）實(shí)際流體機(jī)械能衡算式412、外加功（外加壓頭） 1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為W (J/kg)。1、能量損失（壓頭損失）設(shè)1kg流體損失的能量為hf（J/kg）。 （3）（4）或伯努利方程式 42其中He外加壓頭或有效壓頭，m;hf壓頭損失，m。3、伯努利方程的討論 （1）若流體處于靜止，u=0，hf=0，W=0，則柏努利方

10、程變?yōu)?說明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律 。43 W、hf 在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得或消耗的能量。（2）zg、 、 某截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能和靜壓能 ；有效功率 ：軸功率 ：44（3）伯努利方程式適用于不可壓縮性流體。 對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng) 時(shí)，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度應(yīng)以兩截面的平均密度m代替。45（三）伯努利方程的應(yīng)用 管內(nèi)流體的流量； 輸送設(shè)備的功率； 管路中流體的壓力； 容器間的相對(duì)位置等。1、利用伯努利方程與連續(xù)性方程可以確定：46（1）根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍 ；（2

11、）位能基準(zhǔn)面的選取 必須與地面平行； 宜于選取兩截面中位置較低的截面； 若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線的水平面。 2、伯努利方程應(yīng)用的注意事項(xiàng)：47（4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。 （3）截面的選取 與流體的流動(dòng)方向相垂直； 兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)； 截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 48（一） 牛頓黏性定律 或Fuududy式中：F內(nèi)摩擦力，N； 剪應(yīng)力，Pa； 法向速度梯度，1/s； 比例系數(shù)，稱為流體的粘度，Pas 。 一、黏度 第三節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象1、牛頓黏性定律 49 2、粘度的物理意義 流體流動(dòng)時(shí)在與流

12、動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。液體 :T 氣體 : 一般T 超高壓p 粘度的物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞。503、粘度的單位SI制：Pas 或 kg/(ms)物理制：cP(厘泊）換算關(guān)系1cP10-3 Pas4、運(yùn)動(dòng)粘度 粘度與密度之比。m2/s51（二）流體中的動(dòng)量傳遞 分子動(dòng)量傳遞是由于流體層之間速度不同，動(dòng)量由速度大處向速度小處傳遞。動(dòng)量通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間、通過單位面積傳遞的動(dòng)量。剪應(yīng)力動(dòng)量通量52動(dòng)量濃度梯度運(yùn)動(dòng)粘度或動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)動(dòng)量通量動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)動(dòng)量濃度梯度53牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體；非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流

13、體。 （三）牛頓型流體與非牛頓型流體 54二、流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù) （一）雷諾實(shí)驗(yàn)55 層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合； 湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。（二）流動(dòng)類型無因次數(shù)群561、判斷流型Re2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re 4000 時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2、物理意義 Re反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)

14、程度。 57三、 流體在圓管內(nèi)的速度分布（一）流體在圓管中層流時(shí)的速度分布 58由壓力差產(chǎn)生的推力 流體層間內(nèi)摩擦力 管壁處rR時(shí)，0，可得速度分布方程 59管中心流速為最大，即r0時(shí)， umax 管截面上的平均速度 :即層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的1/2。 即流體在圓形直管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)，其速度呈拋物線分布。60（二）流體在圓管中湍流時(shí)的速度分布 剪應(yīng)力 ：e為湍流粘度，與流體的流動(dòng)狀況有關(guān)。 湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式： n = 761n與Re有關(guān)，取值如下： 1/7次方定律當(dāng) 時(shí)，流體的平均速度 :62湍流流動(dòng)時(shí)：湍流流動(dòng)時(shí)沿徑向分為三層： 湍流主體、過渡層和層流內(nèi)層第四節(jié) 管內(nèi)流體流

15、動(dòng)的摩擦阻力損失63直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而 產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速 大小及方向的改變而引起的阻力。 64流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。一、直管中流體摩擦阻力損失的測(cè)定（一）阻力的表現(xiàn)形式 65若管道為傾斜管，則 流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少； 水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。 66（二）直管阻力的通式 由于壓力差而產(chǎn)生的推動(dòng)力：流體的摩擦力：令 定態(tài)流動(dòng)時(shí)67直管阻力通式（范寧Fanning公式） 其它形式：摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)） 則 J/kg壓頭損失m壓力損失Pa 該公式層流與湍流均適用； 注意 與 的區(qū)別。68

16、二、層流的摩擦阻力損失計(jì)算 速度分布方程又哈根-泊謖葉 （Hagen-Poiseuille）方程 69能量損失 層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比 。變形：比較得70（一）管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對(duì)粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。相對(duì)粗糙度 ：絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值。 層流流動(dòng)時(shí)： 流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與 無關(guān)，只與Re有關(guān)。三、湍流的摩擦阻力損失71 湍流流動(dòng)時(shí)： 水力光滑管只與Re有關(guān)，與 無關(guān) 完全湍流粗糙管只與 有關(guān)，與Re無關(guān)72（二）量綱分析法 1、量綱分析法的目的 （1）減少實(shí)驗(yàn)工作量； （2）結(jié)果具

17、有普遍性，便于推廣。2、量綱分析法的基礎(chǔ) 量綱一致性：即每一個(gè)物理方程式的兩邊 不僅數(shù)值相等，而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同 的量綱。733、基本定理：白金漢（Buckingham）定理 設(shè)影響某一物理現(xiàn)象的獨(dú)立變量數(shù)為n個(gè)，這些變量的基本因次數(shù)為m個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用N（nm）個(gè)獨(dú)立的無量綱數(shù)群表示。 湍流時(shí)壓力損失的影響因素：（1）流體性質(zhì)：，（2）流動(dòng)的幾何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流動(dòng)條件：u74物理變量 n 7基本量綱 m3無量綱數(shù)群 Nnm4 無量綱化處理式中：歐拉（Euler）準(zhǔn)數(shù)即該過程可用4個(gè)無量綱數(shù)群表示。75相對(duì)粗糙度管道的幾何尺寸雷諾數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，流體流動(dòng)阻力與管長成

18、正比，即 或761、莫狄（Moody）關(guān)聯(lián)圖（三）湍流時(shí)的摩擦系數(shù)77（1）層流區(qū)（Re 2000） 與 無關(guān)，與Re為直線關(guān)系，即 ,即 與u的一次方成正比。（2）過渡區(qū)（2000Re4000) 將湍流時(shí)的曲線延伸查取值 。（3）湍流區(qū)（Re4000以及虛線以下的區(qū)域） 78（4）完全湍流區(qū) （虛線以上的區(qū)域） 與Re無關(guān)，只與 有關(guān) 。該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。一定時(shí)，2、經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式柏拉修斯（Blasius）式：適用光滑管，Re2.510310579四、非圓形管內(nèi)的當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑： 套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為d2 : 邊長分別為a、b的矩形管 :80說明：（1）Re與hf中的直

19、徑用de計(jì)算；（2）層流時(shí)：正方形 C57套管環(huán)隙 C96 （3）流速用實(shí)際流通面積計(jì)算 。81五、局部摩擦阻力損失 （一）阻力阻力系數(shù)法 將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。 或 局部阻力系數(shù) J/kgJ/N=m821. 突然擴(kuò)大832.突然縮小843. 管進(jìn)口及出口進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。 進(jìn)口 = 0.5 進(jìn)口阻力系數(shù)出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外 空間。 出口 = 1 出口阻力系數(shù)4 . 管件與閥門858687蝶閥888990（二）當(dāng)量長度法 將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力 。le 管件或閥門的當(dāng)量長度，m。91六、管內(nèi)流體流動(dòng)的

20、總摩擦阻力損失計(jì)算減少流動(dòng)阻力的途徑： 管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎； 盡量不安裝不必要的管件和閥門等； 管徑適當(dāng)大些。第五節(jié) 管路計(jì)算 92一、簡(jiǎn)單管路 （一）簡(jiǎn)單管路計(jì)算（1）流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體，則體積流量也不變。 (2) 整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和 。qV1,d1qV3,d3qV2,d2不可壓縮流體 1、簡(jiǎn)單管路特點(diǎn)932、管路計(jì)算類型（1）摩擦阻力損失的計(jì)算 已知：流量qV 、管長l，管件和閥門 ，管徑d， 粗糙度 求：hf94 已知：管子d 、l，管件和閥門 ，供液點(diǎn)z1、p1， 需液點(diǎn)的z2、p2，輸送機(jī)械 W； 求：流體的流速u及供液

21、量qV。 （2）流量或流速的計(jì)算 湍流區(qū)：95 試差法計(jì)算流速的步驟：（1）根據(jù)柏努利方程列出試差等式；（2）試差：符合？可初設(shè)阻力平方區(qū)之值注意：若已知流動(dòng)處于阻力平方區(qū)或?qū)恿鳎瑒t無需 試差，可直接解析求解。96 已知：流量qV，管子、l，管件和閥門 ，供液點(diǎn)z1、 p1，需液點(diǎn)的z2、p2，輸送機(jī)械W 等； 求：管徑d。 （3）管徑的計(jì)算 用試差法解決。97（二）阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響pApBpaF1122AB 閥門F開度減小時(shí)：（1）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù) hf,A-B 流速u 即流量； 98（2）在1-A之間，由于流速u hf,1-A pA ； （3）在B-2之間，由于流速u hf,B

22、-2 pB 。 結(jié)論：（1）當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，其局部阻力增大，將使管路中流量下降；（2）下游阻力的增大使上游壓力上升；（3）上游阻力的增大使下游壓力下降。 可見，管路中任一處的變化，必將帶來總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。99二、復(fù)雜管路 （一）并聯(lián)管路 AqVqV1qV2qV3B1. 特點(diǎn)：（1）主管中的流量為并聯(lián)的各支路流量之和；100（2）并聯(lián)管路中各支路的能量損失均相等。 不可壓縮流體注意：計(jì)算并聯(lián)管路阻力時(shí)，僅取其中一支路即 可，不能重復(fù)計(jì)算。1012. 流量分配而支管越長、管徑越小、阻力系數(shù)越大流量越?。?反之 流量越大。 102COAB分支管路COAB匯合管路（二）分支管

23、路與匯合管路 1、分支管路與匯合管路 103 2、特點(diǎn)：（1）主管中的流量為各支路流量之和；不可壓縮性流體（2）流體在各支管流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和相等。 第六節(jié) 流量的測(cè)定 104一、測(cè)速管（皮托管）1、結(jié)構(gòu)與原理內(nèi)管A處外管B處105點(diǎn)速度：即討論：（1）皮托管測(cè)量流體的點(diǎn)速度，可測(cè)速度分布曲線；1062、安裝 （1）測(cè)量點(diǎn)位于均勻流段，上、下游各有50d直管距離；（2）皮托管管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向；（3）皮托管外徑d0不應(yīng)超過管內(nèi)徑d的1/50，即d0Re臨界時(shí)，一般 =0.60.7Re臨界值1133、安裝及優(yōu)缺點(diǎn) （1）安裝在穩(wěn)定流段，上游 l 10d，下游l 5d；（2

24、）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與安裝方便 ；（3）能量損失較大 。114三、文丘里流量計(jì) 屬差壓式流量計(jì)； 能量損失小，造價(jià)高。 1、結(jié)構(gòu)與原理 115CV流量系數(shù)（0.980.99） A0喉管處截面積2、流量方程式 116四、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1、結(jié)構(gòu)與原理 從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接讀取流量數(shù)值。1172、流量方程式 轉(zhuǎn)子受力平衡即仿孔板流量計(jì)CR流量系數(shù) 118體積流量（1）特點(diǎn)： 恒壓差、恒流速、變截面截面式流量計(jì)。討論：（2）刻度換算標(biāo)定流體：20水（1000kg/m3 ） 20、101.3kPa下空氣（ 1.2kg/m3） 119CR相同, 同刻度時(shí)式中：1標(biāo)定流體； 2被測(cè)流體。氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1203、

25、安裝及優(yōu)缺點(diǎn) （1）永遠(yuǎn)垂直安裝，且下進(jìn)、上出，安裝支路，以便于檢修。（2）讀數(shù)方便，流動(dòng)阻力很小，測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度較高； （3）玻璃管不能經(jīng)受高溫和高壓，在安裝使用過程中玻璃容易破碎。121工作介質(zhì)：液體泵 氣體風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)工作原理：動(dòng)力式(葉輪式)：離心式、軸流式等；容積式（正位移式）：往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式等；流體作用式：噴射式。分類： 第二章 流體輸送機(jī)械122一、 離心泵的工作原理葉輪泵殼吸入管路排出管路泵軸底閥第一節(jié) 離心泵123二、離心泵的主要部件1、葉輪 作用 ：將原動(dòng)機(jī)的能量傳給液體，使液體靜壓能 及動(dòng)能都有所提高給能裝置 半開（閉）式閉式開式按結(jié)構(gòu)分為：124 由于泵內(nèi)存有空氣

26、，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵，也不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。 表明離心泵無自吸能力充液（灌泵）排液: 出口切線方向吸液：葉輪中心1252、泵殼作用：匯集葉輪甩出的液體； 實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到靜壓能的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)能裝置； 減少能量損失。3、軸封裝置作用：防止高壓液體沿軸漏出； 防止外界氣體進(jìn)入泵殼內(nèi)。126三、離心泵的主要性能參數(shù)1、流量 qV單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送液體的體積，m3/s或 m3/h。2、壓頭或揚(yáng)程 H 單位重量的液體經(jīng)泵后所獲得的能量，J/N或m液柱。3、效率 容積損失；水力損失；機(jī)械損失 一般

27、，小型泵，效率為6085%，大型泵效率可達(dá)90%。1274、軸功率P軸功率P，有效功率Pe 四、離心泵的特性曲線128HqV 、PqV 、qV：廠家實(shí)驗(yàn)測(cè)定一定轉(zhuǎn)速、常壓、20清水（一）離心泵的特性曲線129離心泵特性曲線n一定130HqV曲線：較大范圍內(nèi)，qV H PqV曲線：qVPqV=0時(shí)，PPmin 離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥門131 qV曲線：離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn) 離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)離心泵銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)均為最高效率點(diǎn)下之值。離心泵的高效工作區(qū)：132（二）離心泵性能的影響因素2、密度的影響qV不變，H不變，基本不變，P隨 變化。1、粘度的影響H，qV，而 P1333、離

28、心泵轉(zhuǎn)速的影響 當(dāng)液體的粘度不大，轉(zhuǎn)速變化小于20%時(shí)，認(rèn)為效率不變，有：比例定律134（一）管路特性曲線五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 在截面1-1與2-2 間列柏努利方程，有：特定的管路系統(tǒng)： 一定操作條件一定：其中：135而認(rèn)為流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，變化較小 。為一常數(shù)亦為一常數(shù)136則管路特性方程管路特性曲線HqV 管路特性曲線反映了被輸送液體對(duì)輸送機(jī)械的能量要求泵特性曲線工作點(diǎn)137（二）工作點(diǎn)解析法：管路特性方程泵特性方程工作點(diǎn)：管路特性曲線與泵特性曲線交點(diǎn)。 （三） 流量調(diào)節(jié)改變管路特性：調(diào)出口閥門；改變泵特性： 調(diào)轉(zhuǎn)速。1381、改變出口閥門開度適用：調(diào)節(jié)幅度不大，而經(jīng)常需要改

29、變的場(chǎng)合。關(guān)小出口閥 le qV ,H 管特線變陡 工作點(diǎn)左上移特點(diǎn)：方便、快捷，流量連續(xù)變化； 閥門消耗阻力，不經(jīng)濟(jì)。1392、改變泵的轉(zhuǎn)速適用：調(diào)節(jié)幅度大，時(shí)間又長的季節(jié)性調(diào)節(jié)。n泵HqV曲線上移工作點(diǎn)右上移， H ， qV 特點(diǎn)：泵在高效率下工作， 能量利用經(jīng)濟(jì); 需變速裝置或切削葉輪。1403、離心泵的組合操作（1）并聯(lián)操作qV并 H單 141（2)串聯(lián)操作qV串 qV單 H串 hr , pk pv時(shí)， 不汽蝕ha hr , pk pv時(shí)，開始發(fā)生汽蝕ha hr , pk qV需, H泵 H需 （4） 核算泵的功率。149第二節(jié) 其它類型化工用泵一、 往復(fù)泵1、工作原理主要部件：泵缸、

30、活塞 和單向活門。工作原理：活塞對(duì)流體直接做功，提供靜壓能150單動(dòng)往復(fù)泵流量不均勻2、類型與流量（1）類型151雙動(dòng)往復(fù)泵：152（2） 流量單動(dòng)泵：理論流量實(shí)際流量V泵的容積效率，在0.90.97之間。流量由泵特性決定，而與管路特性無關(guān)。1531、流量調(diào)節(jié)方法：（1）改變活塞的往復(fù)次數(shù)或沖程；（2）旁路調(diào)節(jié)。3、揚(yáng)程與流量調(diào)節(jié)1542、 壓頭（ 揚(yáng)程）在電機(jī)功率范圍內(nèi)，由管路特性決定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV正位移特性 流量只與泵特性有關(guān)，而壓頭只與管路特性有關(guān)qVqV理1553、 功率與效率往復(fù)泵的總效率，一般為0.650.85。 適用壓頭高、流量小的液體，但不能輸送腐蝕

31、性大及有固體的懸浮液。156二、 齒輪泵具有正位移特性。157三、旋渦泵1、結(jié)構(gòu)一種特殊的離心泵。1582、特點(diǎn)(1) 啟動(dòng)泵時(shí)，要打開出口閥門，改變流量時(shí)，旁路調(diào)節(jié)比安裝調(diào)節(jié)閥更經(jīng)濟(jì)；(2) 能量損失大，效率低（20%40%），不適合輸送高粘度液體；(3) 壓頭比離心泵高24倍，適用于高壓頭、小流量、低粘度清潔液體。159分類：按出口壓力或壓縮比分為： 通風(fēng)機(jī) p出(表) 15kPa =11.15 鼓風(fēng)機(jī) p出(表)=15300kPa 300kPa 4 真空泵 p出(表）=0 壓縮比由真空度決定第三節(jié) 氣體輸送機(jī)械160（一）工作原理與結(jié)構(gòu)一、離心式通風(fēng)機(jī)161（二）性能參數(shù)與特性曲線1.

32、性能參數(shù)（1）風(fēng)量qV單位時(shí)間從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積， m3/h或 m3/s。注意： qV應(yīng)以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)。162（2）風(fēng)壓全風(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)后所獲得的能量，Pa或mmH2O以單位質(zhì)量的氣體為基準(zhǔn) 以單位體積的氣體為基準(zhǔn) 163動(dòng)風(fēng)壓 靜風(fēng)壓 全風(fēng)壓164（3）軸功率與效率2. 特性曲線 用20、101.3kPa的空氣（=1.2kg/m3）測(cè)定。 風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓與氣體的密度成正比。qVPqVqVptqVpSqVn一定165(三) 離心通風(fēng)機(jī)的選用 1. 計(jì)算輸送系統(tǒng)所需的全風(fēng)壓，再換算成標(biāo)定狀態(tài)下的全風(fēng)壓；3. 根據(jù)qV、pt0 選風(fēng)機(jī)的型號(hào)。 qV qV需 ， pt0 pt0需2

33、. 根據(jù)氣體的性質(zhì)及風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)的類型；1661.工作過程假設(shè) 理想氣體； 氣體流經(jīng)吸氣、排氣閥時(shí)流動(dòng)阻力忽略不計(jì)； 壓縮機(jī)無泄漏。 二、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)（一）氣體壓縮所需外功167（1）理想壓縮循環(huán)壓縮過程（1 2）恒壓排氣過程（2 3）恒壓吸氣過程（4 1）理想壓縮循環(huán)功：等溫絕熱168 等溫壓縮 絕熱壓縮169（2）實(shí)際壓縮循環(huán)余隙：排氣終了時(shí)，活塞與氣缸之間的空隙。1 2 壓縮過程2 3 排氣過程4 1 吸氣過程3 4 膨脹過程余隙氣體膨脹吸氣壓縮排氣1701、離心式鼓風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：外形離心泵外殼直徑與厚度之比較大葉片數(shù)目較多轉(zhuǎn)速較高 單級(jí)出口表壓多在30kPa以內(nèi)；多級(jí)可達(dá)0.3MP

34、a （二）離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)1712、離心式壓縮機(jī)特點(diǎn)： 多級(jí)（10級(jí)以上）； 大葉輪； 高轉(zhuǎn)速（n5000rpm）172（三）羅茨鼓風(fēng)機(jī)173 流量調(diào)節(jié)旁路調(diào)節(jié)或調(diào)轉(zhuǎn)速； 開機(jī)時(shí)打開出口閥門； 操作溫度 85 ，以免轉(zhuǎn)子受熱卡住。正位移特性174（四）往復(fù)式壓縮機(jī)175（1）余隙系數(shù)與容積系數(shù) 余隙系數(shù)低壓氣缸： 8%，高壓氣缸：可達(dá)12%。 容積系數(shù)176二者關(guān)系： 討論：1772. 壓縮比和多級(jí)壓縮178 避免排出氣體溫度過高； 減少功耗，提高壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性； 提高氣缸容積利用率； 使壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)更合理。 一般當(dāng) 時(shí)，采用多級(jí)壓縮，常用26級(jí)，每級(jí)壓縮比為35。179三、真空泵性能：（1）

35、真空度或極限剩余壓力； （2）抽氣速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間在極限剩 余壓力下吸入的氣體體積。（一）往復(fù)式真空泵 基本結(jié)構(gòu)和操作原理與往復(fù)壓縮機(jī)相同180（二） 水環(huán)真空泵181（三）噴射泵182第三章 沉降與過濾一、非均相物系分離沉降（重力沉降、離心沉降） 過濾分散物質(zhì)（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)分散介質(zhì)（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)2、分離的目的（1）回收分散物質(zhì);（2）凈化分散介質(zhì)。第一節(jié) 概述1、連續(xù)相與分散相183二、顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）、流體特性dp、ut顆粒特性184185球形 圓盤形186（1）層流區(qū) 104 Re 2 Stokes 區(qū) （2）過渡區(qū) 2 R

36、e 500 Allen 區(qū) （3）湍流區(qū) 500 Re 非金屬固體 液體 氣體 表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)1、物理意義2442、固體熱導(dǎo)率 金屬材料 10102 W/(mK) 建筑材料 10-110 W/(mK) 絕熱材料 10-210-1 W/(mK)在一定溫度范圍內(nèi)：對(duì)大多數(shù)金屬材料a 0 ， t 2453、液體熱導(dǎo)率 金屬液體較高，非金屬液體低； 非金屬液體水的最大； 水和甘油：t ， 其它液體：t ，0.090.6 W/(mK)2464、氣體熱導(dǎo)率 t ， 一般情況下，隨p的變化可忽略； 氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。0.0060.4 W/(mK)247t1t2btxdxQ三、平壁

37、的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 假設(shè)：材料均勻，為常數(shù)；一維溫度場(chǎng)，t沿x變化； A/b很大，忽略端損失。248積分：249 （二）多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)假設(shè)：各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度相同。t1t2b1txb2b3t2t4t3250各層的溫差251結(jié)論： 多層平壁熱傳導(dǎo)，總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總熱阻為各層熱阻之和； 各層溫差與熱阻成正比。推廣至n層： 252四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) （一）單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 特點(diǎn)：傳熱面積隨半徑變化， A=2rl(2) 一維溫度場(chǎng)，t沿r變化。253在半徑r處取dr同心薄層圓筒積分254討論：對(duì)數(shù)平均面積熱阻令對(duì)數(shù)平均半徑一般 時(shí)，255 （

38、二）多層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三層：n層圓筒壁： 256一、對(duì)流傳熱方程第三節(jié) 對(duì)流傳熱dAqm2， t2qm1，T1qm2，t1 qm1， T21、對(duì)流傳熱過程257ttWTWTA2A1傳熱壁冷流體熱流體Tt 湍流主體溫度梯度小，熱對(duì)流為主 層流內(nèi)層溫度梯度大，熱傳導(dǎo)為主 過渡區(qū)域熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流均起作用258式中 Q 對(duì)流傳熱速率，W； 1 、 2 熱、冷流體的對(duì)流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； T 、TW、t、tW 熱、冷流體的平均溫度及 平均壁溫，。 冷流體：熱流體：牛頓冷卻定律2、對(duì)流傳熱方程2592、流體流動(dòng)起因 自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體 的流動(dòng)。 強(qiáng)制對(duì)流：由于外力和壓差而

39、引起的流動(dòng)。 強(qiáng)制 自然 二、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素1、流體的物性 ，cp 260自然對(duì)流的產(chǎn)生：設(shè) 熱處：t2，2； 冷處：t1，1體積膨脹系數(shù)，1/C.或而得：或261由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力：加熱板冷卻板2624、流體相態(tài)變化 相變 無相變5、傳熱面的情況3、流體流動(dòng)狀態(tài) 湍流 層流 形狀管、板、管束等； 大小管徑、管長、板厚等； 位置管子的排列方式，垂直或水平放置。263三、對(duì)流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式變量數(shù) 8個(gè)基本因次 4個(gè)：長度L，時(shí)間T，質(zhì)量M，溫度無量綱特征數(shù)（8-4）=4無相變時(shí)1、量綱分析法264（1） 努塞爾特（Nusselt ）數(shù)表示對(duì)流傳熱系數(shù)的特征數(shù)（2）雷諾（R

40、eynolds）數(shù)反映流體的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響2、相關(guān)特征數(shù)265（3） 普蘭特（Prandtl）數(shù)反映流體的物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響（4）格拉斯霍夫（Grashof）準(zhǔn)數(shù)表示自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr)簡(jiǎn)化：強(qiáng)制對(duì)流 Nu=f (Re, Pr) 自然對(duì)流 Nu=f (Pr, Gr)2663、使用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)注意（1）應(yīng)用范圍（2） 特征尺寸（3）定性溫度強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流無相變有相變蒸汽冷凝液體沸騰267四、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（一）流體在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱 1、圓形直管強(qiáng)制湍流流體被加熱 n=0.4流體被冷卻 n=0.3應(yīng)用范圍：Re

41、104, Pr=0.7160, L/d 60, 2 cP定性溫度：流體進(jìn)出口的算術(shù)平均值特征尺寸：管內(nèi)徑（1）低黏度流體268討論： 加熱與冷卻的差別：液體氣體 影響因素269當(dāng)L/d 60，乘校正系數(shù) 工程處理：加熱：冷卻：（2）高黏度流體（3）短管270（4） 彎管（5）非圓形管道用當(dāng)量直徑計(jì)算。2712. 圓形直管內(nèi)過渡區(qū)時(shí)2300 Re 1042723. 圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流（1）隨熱流方向不同，速度分布情況不同；（2）自然對(duì)流造成了徑向流動(dòng)，強(qiáng)化了對(duì)流傳熱過程。對(duì)于液體273 自然對(duì)流可以忽略： Gr 25000乘校正因子： 適用范圍：定性溫度：特征尺寸：管內(nèi)徑274（二）流體在管外強(qiáng)

42、制對(duì)流傳熱1. 流體在管束外垂直流過275 應(yīng)用范圍：Re=500070000; x1/d=1.25; x2/d=1.25 特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處 定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值Nu=C Ren Pr0.4平均對(duì)流傳熱系數(shù)：2762流體在換熱器管間的流動(dòng)折流擋板形式： 圓缺形 圓環(huán)圓盤形設(shè)置折流擋板目的：增加殼程流體的湍動(dòng)程度，進(jìn)而提高殼程的。277（三）大空間自然對(duì)傳熱定性溫度：膜溫（tm+tw）/2特征尺寸：垂直的管或板為高度H 水平管為管外徑d0各種情況下的C、n值及特征尺寸不同。2781. 蒸氣冷凝方式五、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱滴 膜 （1）膜狀冷凝（2）滴狀冷凝冷凝過程

43、的熱阻冷凝液膜（一）蒸氣冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱2792、 蒸氣在水平管外膜狀冷凝定性溫度：tSr，其它膜溫 n水平管束在垂直列上的管數(shù)r比汽化熱2803、蒸氣在垂直管外膜狀冷凝qm冷凝液量，kg/sM冷凝負(fù)荷，kg/s.m281層流Re1800湍流特性尺寸：管或板高H定性溫度：膜溫 2824、影響冷凝傳熱的因素 (1) 液體物性 ， ， r (2) 不凝氣體 不凝氣體存在，導(dǎo)致 ，需定期排放。 (3) 蒸氣流速與流向 （u10m/s ） 同向，t， ；反向， t， ； u ， (4) 蒸氣過熱 r=r+cp(tv-ts) 影響較小 (5) 傳熱面情況 設(shè)置導(dǎo)流槽，減薄液膜厚度， 283（二）液體沸騰

44、時(shí)的對(duì)流傳熱大容器沸騰 和 管內(nèi)沸騰1、沸騰現(xiàn)象在粗糙加熱面的細(xì)小凹縫處：汽化核心 生成汽泡 長大 脫離壁面新汽泡形成攪動(dòng)液層沸騰必要條件： 存在汽化核心 過熱度 t=（tts）2842、沸騰曲線 推動(dòng)力 （twts） 沸騰三個(gè)階段： 自然對(duì)流 核狀沸騰 膜狀沸騰水沸騰曲線工業(yè)上采用核狀沸騰 大，tW小2853、影響沸騰傳熱的因素（1）液體的性質(zhì) （2）溫度差 核狀沸騰階段: t2.5， t （3）操作壓力（4）加熱面 新的、潔凈的、粗糙的加熱面，大 286 第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算返回傳熱速率方程式式中 Q傳熱速率，W； tm兩流體的平均溫度差，； A傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，W/(m2)

45、 。287一、熱量衡算忽略熱損失, Q1=Q2冷流體 qm2 t1，cp2，h1t2 h2熱流體 qm1 T1，Cp1，H1T2 H2288 無相變時(shí) 純 冷 凝 相變+加熱289（一）恒溫傳熱（二）變溫傳熱t(yī)m與流體流向有關(guān)二、傳熱平均溫度差逆流并流錯(cuò)流折流2901、 逆流與并流t2t1T1T2t1t2T1T2 t2tAt1T2T1逆流 t2tAt1T2T1并流291以逆流為例推導(dǎo)tm假設(shè)：（1）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，qm1、 qm2為常數(shù)； （2）cp1、cp2為常數(shù)； （3）K沿管長不變化； （4）熱損失忽略不計(jì)。AT2t1t2T1dTdtdAt2t1t=T-t對(duì)于微元：2、平均溫度差292T1T2

46、t2t1Q而293 逆流、并流均適用； 當(dāng)t2/t12，則可用算術(shù)平均值。對(duì)數(shù)平均溫度差2943、折流和錯(cuò)流的平均溫度差查圖 1 tm 0.9若 0.8，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定；應(yīng)改變流型2954、流向的選擇（1）所需傳熱面積逆流優(yōu)于并流（2）載熱體消耗量加熱任務(wù)：t1t2（T2并）min=t2（T2逆）min=t1逆流優(yōu)于并流296（3）溫度差分布逆流時(shí)的溫度差分布更均勻。T2并流T1t1t2t1t2T1T2逆流（4）并流操作適用熱敏性物料、粘稠物料等的加熱， 或生產(chǎn)工藝要求溫度不能過高或過低的場(chǎng)合。297三、總傳熱系數(shù)K總傳熱系數(shù)，W/(m2K)twTw管內(nèi)對(duì)流管外對(duì)流導(dǎo)熱冷流體熱流體tT

47、dQdQ1dQ3dQ2（一）圓筒壁的總傳熱系數(shù)計(jì)算式298管內(nèi)對(duì)流 管外對(duì)流 管壁熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)傳熱 299K1以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm對(duì)數(shù)平均直徑，m以內(nèi)表面為基準(zhǔn)：d1/d2A計(jì) 或 Q換 Q需要， 換熱器合適。 3062、操作型計(jì)算（1）已知：換熱器A， qm1、T1， qm2 、t1 求：出口T2、t2（2）已知：換熱器A， qm1、T1， T2 、t1 求：qm2、 t2注意：列管式換熱器中流通面積傳熱面積307一、熱輻射的基本概念1. 輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的過程。2. 熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向 外發(fā)射能量的過程。 3、特點(diǎn)： 能量形式的

48、轉(zhuǎn)換； 不需要任何介質(zhì)。第五節(jié) 熱 輻 射（一）熱輻射的物理本質(zhì)308QQQNQ能量守恒定律： 吸收率 反射率 穿透率 （二）物體對(duì)熱輻射的作用總能量Q；被物體吸收Q ；被反射Q ；穿過物體Q 309 黑體：白體(鏡體)：透熱體：灰體：以相同的吸收率吸收所有波長輻射能的物體固體、液體： =0 + =1 氣體： =0 + =1（三）透熱體、白體和黑體310二、物體的輻射能力 物體在一定溫度下，單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能(波長從0到), E表示, W/m2黑體輻射常數(shù), 5.669 10-8W/(m2 .K4)（一）黑體的輻射能力斯蒂芬-波爾茨曼定律四次方定律表明，熱輻射對(duì)溫度特別敏

49、感Cb黑體輻射系數(shù), 5.669W/(m2 .K4)311 （二）實(shí)際物體的輻射能力黑度： T21 2=1E1Eb（1-1）Eb1Eb 灰體 黑體 克希霍夫定律 （一）輻射能力與吸收率的關(guān)系313 a = 討論： （1）同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等； （2） a ，E Eb 在任何溫度下、各種物體中 以黑體的輻射能力為最大。 （二）吸收率與黑度的關(guān)系314（一）輻射傳熱速率的計(jì)算四、兩固體間的相互輻射兩面積無限大的平行平板兩平面有限大的平行平板315 一物體被另一物體包圍若外圍為黑體， 1=1 或 A2 A1，則 C1-2=C1=Cb1316 1. 溫度的影響 T4；低溫可忽略，高溫

50、可能成為主要方式 2. 幾何位置的影響 3. 表面黑度的影響 ，可通過改變大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱 4. 輻射表面間介質(zhì)的影響（遮熱板） 減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板（ 小熱屏）（二）輻射傳熱的主要影響因素317五、輻射與對(duì)流的聯(lián)合傳熱對(duì)流： 輻射： 令=1 總熱損失： T對(duì)流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K) 318（1）空氣自然對(duì)流，tW5m/s 平壁保溫層外空氣速度u 50 時(shí)，需考慮溫度熱補(bǔ)償。根據(jù)熱補(bǔ)償方式不同，列管式換熱器分為：3332. 浮頭式換熱器特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜3343. U型管式換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較浮頭簡(jiǎn)單；但管程不易清洗。335(一)

51、流體流程選擇原則管程：不清潔或易結(jié)垢、腐蝕性、壓力高的流體殼程：飽和蒸汽、需要冷卻、粘度大或流量小的流體原則：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗方便三、列管換熱器選用相關(guān)問題336(二) 流體流速的選擇u選擇是經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，要避免層流流動(dòng) uK，在同Q、tm下A，節(jié)省設(shè)備費(fèi)uHf ，操作費(fèi)用增加337(三) 換熱器中管子的規(guī)格和排列方式管子的規(guī)格：192mm和252.5mm 管長：1.5m、2.0m、3.0m、6.0m排列方式：正三角形正方形直列正方形錯(cuò)列338圓缺形圓盤形多管程：管內(nèi)流體u加擋板：增大殼程流體的湍動(dòng)殼程(四) 折流擋板339四、列管換熱器選用步驟1. 根據(jù)工藝任務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷2. 計(jì)算t

52、m3. 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取K，估算A4. 確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定u 先按單殼程多管程計(jì)算，如果0.8，應(yīng)增加殼程數(shù)； 由u和qm估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的A，估算管子長度，再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號(hào)的換熱器。3405. 核算K 分別計(jì)算管程和殼程的，確定垢阻，求出K，并與估算的K進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。6. 計(jì)算A 根據(jù)計(jì)算的K和tm，計(jì)算A，并與選定的換熱器A相比，應(yīng)有10%25%的裕量。341五、加熱介質(zhì)與冷卻介質(zhì)1、常用的加熱介質(zhì) 煙道氣 熱水、礦物油2、常用的冷卻介質(zhì) 空氣 水蒸氣 清水 冷凍鹽水342六、傳熱過程的強(qiáng)化1、增大傳熱平均溫差tm 加熱劑T1或冷

53、卻劑t1 兩側(cè)變溫，盡量采用逆流強(qiáng)化傳熱，可tm、A/V、K2、 增大單位體積的傳熱面積A/V 直接接觸傳熱，可增大A 和湍動(dòng)程度3433、增大總傳熱系數(shù)K減小壁、污垢及兩側(cè)流體熱阻中的主要熱阻提高較小一側(cè)有效 提高的方法(無相變)： 增大流速多管程 加擾流元件殼程加擋板 改變傳熱面形狀和增加粗糙度3445.1.1 過程原理 依據(jù)：氣體混合物各組分在某液體中溶解度的不同。 溶質(zhì)（A ）惰性氣體（B）溶劑或吸收劑（S）吸收液（A+S）尾氣（B+少量A）第5章 吸收5.1 概述345ABS吸收：氣相液相溶質(zhì)解吸：液相氣相溶質(zhì)NH4OHNH3 ,O2 ,N2H2O+O2 ,N2,微量NH3+逆過程5

54、.1.2 在工業(yè)中的用途（1）回收混合氣中的有用物質(zhì)（2）除去雜質(zhì)以凈化氣體（3）制備某種氣體的溶液（4）工業(yè)廢氣的治理3465.1.3 操作流程P173（1）吸收和解吸聯(lián)合操作（2）氣液流向-多逆流（3）吸收低溫高壓；解吸高溫低壓347（2）選擇性高；（3）再生容易；（4）揮發(fā)性小；（6）化學(xué)穩(wěn)定性高；（7）無毒、腐蝕性低、價(jià)廉等5.1.4 吸收劑的選擇原則（1）溶解度大；（5）粘度低；3485.1.5 傳質(zhì)設(shè)備3495.1.6 吸收分類（1）物理吸收和化學(xué)吸收（2）單組分吸收和多組分吸收（3）等溫吸收和非等溫吸收（4）高濃度吸收和低濃度吸收3505.2.1 氣液相平衡關(guān)系 氣液平衡狀態(tài) 飽

55、和濃度或溶解度 平衡分壓一、相平衡關(guān)系用pA或y表示用cA或x表示 相律FC2= 32+2 = 3當(dāng)T、p一定（p5atm）時(shí)： pA* =f1（ x ）y*= f2（ x ）pA * =f3（ cA）5.2 氣液相平衡關(guān)系及應(yīng)用351二、溶解度曲線氨在水中的溶解度曲線SO2在水中的溶解度曲線20352幾種氣體在水中的溶解度曲線353討論：（2）在同一溶劑中，T、y一定，p(pA) x （1）在同一溶劑中，pA (或 p,y)一定，T xcO2 cCO2 cSO2 cNH3 （3）相同pA (或 p,y)低溫高壓利于吸收，高溫低壓利于解吸。O2、CO2等為難溶氣體，NH3等為易溶氣體354三亨

56、利定律E 亨利常數(shù)，單位同壓強(qiáng)。 平衡分壓E的討論：1）E=f（物系、T ） 2）E小，溶解度大，易溶氣體3）E的來源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)物系一定，適用條件：一定T下、 px或359y1*yxAx1y1x1*By2x2x2*y2*A點(diǎn)：平衡線上方，吸收B點(diǎn)：平衡線下方，解吸360二、指明過程進(jìn)行的極限相平衡1）逆流，塔高無限 G, y2G，y1L，x2L，x12）逆流，塔高無限361三、確定過程的推動(dòng)力1) 表達(dá)式 y=y - y*x=x* -x氣相：液相： Y=Y -Y*X=X*-X3622）在xy圖 Ayy*xx*BC3635.3.1 單相傳質(zhì)吸收過程： 單相內(nèi)傳質(zhì)方式：分子擴(kuò)散、湍（渦）流

57、擴(kuò)散（1）氣相主體相界面（2）A在相界面上溶解氣相內(nèi)傳質(zhì)（3）相界面液相主體液相內(nèi)傳質(zhì)5.3 吸收過程的傳質(zhì)速率364一、分子擴(kuò)散現(xiàn)象5.3.1.1 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在靜止或?qū)恿髁黧w內(nèi)部，若某一組分存 在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使 該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處。擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截 面積擴(kuò)散的物質(zhì)量。J365JAA擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量） A在z上的濃度梯度 DABA在B中的擴(kuò)散系數(shù)負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反；二、費(fèi)克定律總T、p一定擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行。 366理想氣體：3675.3.1.2 單相內(nèi)一維穩(wěn)定的分子擴(kuò)散形式：等摩爾逆向擴(kuò)散、單

58、向擴(kuò)散一、等摩爾逆向擴(kuò)散JAJBT ppA2pB2T ppA1pB112A：1 2擴(kuò)散B： 2 1 擴(kuò)散368等摩爾逆向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率 大小相等，方向相反。 總p一定 JA=JB DAB=DBA=D 369傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間上， 單位時(shí)間內(nèi)通 過垂直于傳質(zhì)方向單位面積的物質(zhì)量。氣相：得Nkmol/(m2 s)370液相：討論：371（2）pAz呈直線關(guān)系ppB1pA1pA2pB2z0zp372（1）總體流動(dòng)：因擴(kuò)散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物從氣主體向界面處的流動(dòng)。（2）特點(diǎn) 因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。 A和B在總體流動(dòng)中方向相同，

59、流動(dòng)速度正比于摩爾分?jǐn)?shù)。 二、單方向擴(kuò)散(一組分通過另一靜止組分的擴(kuò)散)界面氣：A，B液：A+S373 單方向擴(kuò)散包括分子擴(kuò)散和總體流動(dòng) 總體流動(dòng)有利于傳質(zhì)JAJBNANMpA/pNMpB/p總體流動(dòng)NM12z374（3）傳質(zhì)速率方程375376靜止氣膜兩側(cè)B 的對(duì)數(shù)平均壓力377液相：（4）討論1）、漂流因數(shù)，無因次 378漂流因數(shù)意義： 其大小反映了總體流動(dòng)對(duì)NA的影響程度； 其值為總體流動(dòng)使NA比較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。 漂流因數(shù)的影響因素： 溶質(zhì)濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大； 低濃度時(shí)，漂流因數(shù) 1，總體流動(dòng)的影響小 。3792） pAz呈指數(shù)關(guān)系 ppB1pB2pA1pA2

60、z380三、分子擴(kuò)散系數(shù)D物理意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻认碌臄U(kuò)散通量， 反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力。 物性常數(shù)，m2/s影響因素：A、B、T、P、濃度來源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；測(cè)定381（1）氣相D的范圍：10-510-4m2/s （2）液相D的范圍：10-1010-9m2/s 3825.3.1.3. 單相對(duì)流傳質(zhì)一、渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部 存在組分濃度梯度，依靠質(zhì)點(diǎn)相 互碰撞和混合，組分從高濃度向 低濃度方向傳遞。渦流擴(kuò)散速率：渦流擴(kuò)散系數(shù)383注意：De與D不同，不是物性常數(shù)； De與物性、流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān)?？倲U(kuò)散速率：384TTWtWt熱流體冷流體pAp