化工原理总复习上课件.ppt

1、第一章第一章 流体流动流体流动 流体静力学流体静力学密度密度不可压缩不可压缩(恒密度恒密度)流体和可流体和可压缩性压缩性(变密度变密度)流体流体压力压力压强常用单位压强常用单位p8-9真空度真空度=表压表压静力学基本方程静力学基本方程U型压差计测得的是修正压强差或阻力损失型压差计测得的是修正压强差或阻力损失和动能之和和动能之和,水平管测的是压强差水平管测的是压强差液体液体气体气体流体动力学流体动力学定态流动与非定态流动定态流动与非定态流动连续性方程连续性方程 柏努利方程式柏努利方程式gZ+u2/2+p/=We-hfgZ+u2/2+p/=0基准、各项单位物理意义基准、各项单位物理意义能量转换？能

2、量转换？如何判断流如何判断流动方向动方向有效功率有效功率N Ne e=W We eW W=W We eV V轴功率轴功率 N=N=N Ne e/流动阻力流动阻力h hf f=h hf f+h hf f流流动动阻阻力力局局部部阻阻力力直直管管阻阻力力产生阻力的主要原因是粘性直管阻力直管阻力粘性：牛顿粘性定律（层流时的牛粘性：牛顿粘性定律（层流时的牛顿型流体）顿型流体）液体：液体：T 气体：气体：T液体液体 气体气体动力粘度动力粘度 SI制：制：Pas 运动粘度：粘度运动粘度：粘度与密度与密度的之比。的之比。单位：单位：SI制制 m2/s光滑管光滑管:Re=31031105=0.3164/Re0.

3、25 完全湍流区：完全湍流区：=(/d)Re4000湍流区：湍流区：=(Re，/d)流动型态流动型态层流层流Re2000u=umax/2=64/Re速度分布u=u(1-r2/R2)层流公式均由理论推导 局部阻力局部阻力进口进口=0.5 出口出口=1 等径管：等径管：总阻力变径管：变径管：hfhf1hf2hf3.123hf1 hf2 hf3流速与流量的测量流速与流量的测量测速管（皮托管）：测速管（皮托管）：测量点速度测量点速度孔板流量计：恒截面、变压差孔板流量计：恒截面、变压差文丘里流量计：恒截面、变压差；文丘里流量计：恒截面、变压差；能量损失小，造价高能量损失小，造价高转子流量计：恒压差、恒流

4、速、变转子流量计：恒压差、恒流速、变截面截面测压孔正对水流方向测压孔正对水流方向pmB(动能和静压动能和静压强强)，侧壁小孔的测压管，侧壁小孔的测压管pmA(静压强静压强)第二章 流体输送机械离心泵离心泵结构结构泵壳作用泵壳作用气缚现象：气缚现象：气体的密度太小气体的密度太小 性能参数性能参数:流量流量/扬程扬程/有效功率有效功率/轴功率轴功率汇集由叶轮抛出的汇集由叶轮抛出的液体液体;动能动能静压静压能能)。静压能静压能和动能和动能分分 闭式闭式 半闭式敞式半闭式敞式叶轮作用叶轮作用Ne=WeW=WeVg/g=gVH轴功率轴功率N=Ne/=gVH/泵的进口处安，泵出口处泵的进口处安，泵出口处安

5、和，而在出口安和，而在出口处，必须安在之前，处，必须安在之前，在出口管路上还应安装测量在出口管路上还应安装测量的仪表。的仪表。真空真空表表压力表压力表出口阀门出口阀门出口阀门出口阀门压力表压力表流量流量2离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线p67转速转速n一定时，由实验测得一定时，由实验测得HV，NaV，V，这三条曲线称为特，这三条曲线称为特性曲线，由泵制造厂提供。供泵用性曲线，由泵制造厂提供。供泵用户使用。泵厂以户使用。泵厂以20清水作为工质清水作为工质做实验测定性能曲线。做实验测定性能曲线。说明：HV曲线V，H 一般H=ABV2 2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线hmV/,3mH,VN

6、aVH VkW,aN2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线NaV曲线：V，Na 大流量大电机当当V=0V=0，NaNa最小最小 关闭出口阀启动泵，启动电流最小hmV/,3mH,VNaVH VkW,aN2.3、离心泵的性能曲线、离心泵的性能曲线 VV曲线曲线 ：V V，maxmax称为设计点。称为设计点。hmV/,3mH,VNaVH VkW,aN铭牌铭牌:max对应对应的性能参数的性能参数（1 1）流体的性质：）流体的性质：P72P72 密度：密度：,(Na、Ne)（H，V，）与无关；粘度：粘度：，（H，V，）;Na 3 3离心泵性能改变及换算离心泵性能改变及换算Ne=gVH3 3离心泵性能

7、改变及换算离心泵性能改变及换算（2 2）转速）转速 n n 20%20%以内以内比例定律比例定律P70（2-12）(3)(3)叶轮直径叶轮直径D-D-5 5%以内以内3 3离心泵性能改变及换算离心泵性能改变及换算切割定律切割定律P71（2-14）切割切割 P71离心泵的工作点和流量调节离心泵的工作点和流量调节管路特性曲线管路特性曲线He=H0K V2 H0Z+p/gK8(l+le)/2d5g2）工作点）工作点M点：点：H=ABV2 H=H0KV2HVHe-VHe-VM工作点工作点M：离心泵的性能曲线与管路：离心泵的性能曲线与管路特性曲线的交点。特性曲线的交点。HMVMVM和和HM3 3离心泵的

8、流量调节离心泵的流量调节（1 1）改变出口阀开度）改变出口阀开度-常用常用HVMVMM1VM1H1H关小出口阀关小出口阀-改变改变管路特性管路特性 le 管特线变陡管特线变陡 H ，V 工作点上移工作点上移如何计算消耗在调节阀门上的扬程值 nn1HMVMM1VM1n1n(2)改变叶轮转速改变叶轮转速-改变泵的特性改变泵的特性H-V线上移线上移MM1点点,V(3)(3)车削叶轮直径车削叶轮直径 -改变泵的特性改变泵的特性3 3离心泵的流量调节离心泵的流量调节HMVMM1VM1D1DDD1 H-V线下移线下移MM1点，点，V2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作 1）泵的串联）泵的串联p74设离心

9、泵型号相同设离心泵型号相同原则：流量相同，原则：流量相同，扬程相加扬程相加H串串H单单HMV单单M1V串串VH串串HM串联泵的扬程是串联泵的扬程是单泵特性曲线上的单泵特性曲线上的扬程的两倍扬程的两倍bV串串V单单单泵在单泵在b点工作点工作2、离心泵的组合操作、离心泵的组合操作2)泵的并联泵的并联p74设离心泵型设离心泵型号相同号相同原则：扬程相同，原则：扬程相同，流量相加流量相加V并并V单单单泵在单泵在b点工作点工作HMV单单M1VH并并H单单V并并H并并b并联泵的流量是并联泵的流量是单泵特性曲线上单泵特性曲线上流量的两倍流量的两倍单颗粒与颗粒群的几何特性单颗粒与颗粒群的几何特性定义定义p94

10、1、球形：球形：体积：体积：V=dp3/6 m3 表面积：表面积：S=dp2 m2 比表面积：比表面积：a=S/V=6/dp 1/mdp第三章第三章 非均相分离非均相分离 2、非球形参量：、非球形参量：等体积当量直径等体积当量直径de,v p95 de,v=(6V/)1/3 形状系数（球形度）形状系数（球形度）p95 =d2e,v/S3、床层特性、床层特性1）固定床层：有众多固体颗粒堆积）固定床层：有众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层。而成的静止的颗粒层。固定床固定床二、颗粒二、颗粒群群2）床层的空隙率）床层的空隙率p98 空隙体积空隙体积/床层体积床层体积=(床层体积床层体积-颗粒所占的体积

11、颗粒所占的体积)/床层床层体积体积 二、颗粒群二、颗粒群颗粒比表面积颗粒比表面积a：单位体积颗粒具有单位体积颗粒具有的表面积的表面积1m3床层床层aB（1）a床层的比表面床层的比表面 p98床层比表面积床层比表面积aB：单位体积床层具有单位体积床层具有的颗粒的表面积的颗粒的表面积aB=颗粒表面积颗粒表面积/床层体积床层体积a=颗粒表面积颗粒表面积/颗粒体积颗粒体积过滤过滤滤饼过滤（饼层过滤）：特点滤饼过滤（饼层过滤）：特点不可压缩滤饼：不可压缩滤饼：s0可压缩滤饼可压缩滤饼深层过滤（深床过滤）：特点深层过滤（深床过滤）：特点过滤循环包括过滤，洗涤，过滤循环包括过滤，洗涤，卸料三个阶卸料三个阶段

12、。在过滤的大部分时间中，滤饼起到段。在过滤的大部分时间中，滤饼起到了主要过滤介质的作用了主要过滤介质的作用 物料衡算物料衡算p99 设过滤面积设过滤面积Am2，滤液，滤液Vm3，滤饼厚，滤饼厚度度Lm，滤饼空隙率，滤饼空隙率 悬浮液悬浮液:滤液滤液V（V+LA）滤饼滤饼LA：液体：液体LA 固体固体LA(1-)LA(1-)p/(V+LA)kg/m3清液清液过滤基本方程式过滤基本方程式爬流时，数学模型法得柯士尼方程爬流时，数学模型法得柯士尼方程udq/d=(pm)1-s/r0(q+qe)令过滤常数令过滤常数K=2(pm)1-s/r0=2k(pm)1-s 过滤基本方程式过滤基本方程式不可压缩滤饼S

13、=0过滤速率滤布介质阻力可以忽略基本的过滤操作有恒压过滤和恒速基本的过滤操作有恒压过滤和恒速过滤两种。过滤两种。q2+2qqe=K(q+qe)2=K(+e)q2=K（qe=0，e=0）V2=KA2 V-曲线（抛物线）曲线（抛物线）恒压过滤恒压过滤洗涤速率洗涤速率(dV/d)W：(dV/d)W=const.(dq/d)W=const.若洗涤液用量若洗涤液用量VW，洗涤所需时间洗涤所需时间W W=qW/(dq/d)W 与过滤设备有关与过滤设备有关恒速过滤恒速过滤dq/d=q/=K/2(q+qe)=const.q2+qqe=(K/2)q2=(K/2)滤布介质阻力可以忽略种类：种类：间歇间歇:如叶滤机

14、、板框压滤机如叶滤机、板框压滤机 连续连续:如回转真空过滤机如回转真空过滤机3.3.6 过滤设备过滤设备叶滤机叶滤机：过滤面积洗涤面积过滤面积洗涤面积 2叶片侧面积叶片侧面积叶片数叶片数过滤终了时滤饼厚度洗涤滤饼厚度过滤终了时滤饼厚度洗涤滤饼厚度(dV/d)W(dV/d)E二、板框压滤机二、板框压滤机p102结构结构:板，框交替排列，板板，框交替排列，板2种，框种，框1种种一个滤框提供一个滤框提供2个过滤面积个过滤面积 过滤面积过滤面积=2框面积框面积框数框数 滤饼充满框时：滤饼充满框时：V滤饼框面积滤饼框面积框厚度框厚度框数框数(dV/d)W(dV/d)E/4过滤机的生产能力过滤机的生产能力

15、生产能力：单位时间获得的滤液量生产能力：单位时间获得的滤液量间歇过滤机：间歇过滤机：G=3600VF/=3600VF/(F+W+R)m3/hVF：总共获得的滤液量，总共获得的滤液量，m3/sn，G但但n过大，滤饼太薄不能卸除过大，滤饼太薄不能卸除 AnK 2G二、连续过滤机的生产能力二、连续过滤机的生产能力p112沉降沉降重力沉降：作用力重力重力沉降：作用力重力离心沉降：作用力离心力离心沉降：作用力离心力沉降速度沉降速度ut,又称终端速度又称终端速度,加速阶段加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度。终了时颗粒相对于流体的速度。降尘室生产能力降尘室生产能力VAut=LBut即处理能力与设备的底面积有

16、关，即处理能力与设备的底面积有关，与高度无关与高度无关 三、旋风分离器三、旋风分离器 外旋流：下螺旋外旋流：下螺旋运动运动 内旋流：上螺旋内旋流：上螺旋运动运动 主要除尘区：外主要除尘区：外旋流上部旋流上部动画原理临界粒径：被旋风分离器完临界粒径：被旋风分离器完全去除的最小颗粒的粒径全去除的最小颗粒的粒径P122 3-52分离分离效率效率总效率总效率0=(c1-c2)/c1粒级效率粒级效率pi=(c1i-c2i)/c1iP122 3-53 3-54总分离效率总分离效率=(c1-c2)/c1c1进口气体含尘浓度进口气体含尘浓度，g/m3c2出口气体含尘浓度出口气体含尘浓度，g/m3的大小是旋风分

17、离器数分离性能的的大小是旋风分离器数分离性能的另一指标。缺点是不能反映旋风筒另一指标。缺点是不能反映旋风筒对各尺寸粒子的不同分离效果。对各尺寸粒子的不同分离效果。3、分离效率、分离效率 p1223-53粒级效率粒级效率pi=(c1i-c2i)/c1ic1i进口气体颗粒在第进口气体颗粒在第i段内的浓度段内的浓度，g/m3c2i出口气体颗粒在第出口气体颗粒在第i段内的浓度，段内的浓度，g/m33、分离效率、分离效率 p122xipiXi:第第i段内颗段内颗粒占总颗粒粒占总颗粒的质量分数的质量分数3-54第四章第四章 传热传热热传导（热传导（导热导热）基本方式基本方式只存在密实的固体中只存在密实的固

18、体中不能在真空中进行不能在真空中进行对流：对流：自然对流自然对流/强制对流强制对流热辐射：热辐射：不能在真空中进行不能在真空中进行能在真空中进行能在真空中进行稳态与非稳态传热稳态与非稳态传热 等温面等温面：在同一时刻，温度场中所有温在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。度相同的点组成的面。不同温度的等温面不相交，因为一个点不同温度的等温面不相交，因为一个点不可能具有两个不同的温度不可能具有两个不同的温度 传热速率传热速率Q：热流量，单位时间内通过传热面的热量，单位 J/s或W。热流密度热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积的热量，单位 J/(s.m2)或W/m2。4.2.2 4

19、.2.2 傅立叶定律傅立叶定律 热通量，热通量，J/(s.m2)或或W/m2 t/n:温温度梯度，度梯度，/m或或K/m :导热系导热系数，数，W/(m)传热方向与传热方向与温度梯度方温度梯度方向相反向相反4.2.3 4.2.3 导热系数导热系数各种物质的导热系数各种物质的导热系数 金属固体金属固体 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 可取平均温度下的数值，视作常数可取平均温度下的数值，视作常数多层平壁热传导多层平壁热传导321332211433221:RRRAbAbAbtttttt温差越大温差越大,热阻越大热阻越大,越小越小AbttAbttAbttQ334322321121一、给热过程

20、一、给热过程 p142给热：热传导给热：热传导+对流对流二、对流给热的分类二、对流给热的分类无相变：自然对流：无相变：自然对流：强制对流：管内强制对流：管内 管外管外4.3.2对流给热概述对流给热概述有相变：蒸汽冷凝有相变：蒸汽冷凝 液体沸腾液体沸腾湍流层对流层流底层传导温度梯度最大温度梯度最大 Q=0A0(T-Tw)=iAi(tw-t)牛顿冷却定律牛顿冷却定律 对对流流 传传导导 传传导导 传传导导 对对流流Q对流传热系数对流传热系数 强制强制自然自然液体液体气体气体湍流湍流层流层流 直列直列 无相变无相变滴状滴状膜状膜状影响对流给热系数的主要因素有流体的影响对流给热系数的主要因素有流体的种

21、类与相态变化情况，流体的性质，流种类与相态变化情况，流体的性质，流体的流动状况，流体的对流状况，传热体的流动状况，流体的对流状况，传热面的形状、位置和大小面的形状、位置和大小 （1）圆形直管强制对流）圆形直管强制对流1）低粘度（）低粘度（10000，充分湍流，充分湍流 0.7Pr120100时就可能达到湍流，提高对时就可能达到湍流，提高对流传热系数流传热系数,但是流动阻力增大。但是流动阻力增大。1膜状冷凝：当冷凝液能润湿壁面膜状冷凝：当冷凝液能润湿壁面时，则在壁面上形成一层完整的液时，则在壁面上形成一层完整的液膜。膜。二、蒸汽冷凝方式二、蒸汽冷凝方式p155滴状冷凝：当冷凝液不能润湿壁面滴状冷

22、凝：当冷凝液不能润湿壁面四、影响冷凝给热的因素及强化四、影响冷凝给热的因素及强化措施措施影响冷凝给热的因素：影响冷凝给热的因素：蒸汽蒸汽蒸汽流速和流向蒸汽流速和流向物性物性同向：加速，同向：加速，增大增大反向：减速，反向：减速，减小减小不凝性气体不凝性气体不凝性不凝性气体气体热阻热阻 潜热潜热传热过程的计算传热过程的计算类型：设计型：类型：设计型：QA 操作型：操作型：A核算指标核算指标 （多为温度）（多为温度）计算基础：能量衡算计算基础：能量衡算 总传热速率方程总传热速率方程稳态传热，热损失不计稳态传热，热损失不计热流体放出热量冷流体吸收热量热流体放出热量冷流体吸收热量 显热：显热：=Whc

23、ph(T1-T2)=WCcpC(t2-t1)能量衡算能量衡算p169潜热：潜热：T2TsWhr=WCcpC(t2-t1)QWcpt tm=(t2-t1)/ln(t2/t1)总传热速率方程总传热速率方程Q=KiAitm=K0A0tm Ai=ndiL A0=nd0L逆流流体流向流体流向p174t2t1T1T2流体流向流体流向p174并流t2t1T1T2流体流向流体流向p174错流t2t1T1T2流体流向流体流向p174折流多管程设计目的：提高管程值 t2t1T1T2 t2At1T2T1逆流逆流T1=90 C T2=70 C t2=60 C t1=20 C t130 C t250 C tm39.2

24、C 若t1=t2，则则 tm=t1=t2 t2At1T2T1并流并流t2t1T1T2T1=90 C T2=70 C t1=20 C t2=60 C t170 C tm30.8 C 若一侧有相变：若一侧有相变：tm并流并流tm逆流逆流并流并流T1=120 C T2=120 C t1=20 C t2=80 C t240 C tm 65.5 C t1100 C 逆流逆流T1=120 C T2=120 C t2=80 Ct1=20 Ct140 C t2100 C tm65.5 C 2、错流或折流的平均温度差、错流或折流的平均温度差Q=KAtm逆流逆流4.5.3 对数平均温差对数平均温差tt：温度校正系

25、数温度校正系数tf(P,R)p1731/K0=1/0+bd0/(dm)+d0/(idi)1/Ki=di/(0d0)+bdi/(dm)+1/i1/K0,1/Ki:间壁两侧流体间传热的总间壁两侧流体间传热的总热阻热阻=1/总传热系数总传热系数1/0,di/(0 d0):管外热阻管外热阻bd0/(dm),dib/(dm):导热热阻导热热阻d0/(idi),1/i:管内热阻管内热阻若薄壁管及垢阻忽略若薄壁管及垢阻忽略：did0则则1/K0=1/0+b/+1/iP170 7-43(b)0000011ssiiimRRdddbdK1/Ki=1/0+b/+1/i若管壁热阻及垢阻忽略若管壁热阻及垢阻忽略 则则1

26、/K0=1/0+d0/idi薄壁且管壁热阻及垢阻忽略薄壁且管壁热阻及垢阻忽略 1/Ki=1/0+1/i1/K0=1/0+1/i1/Ki=di/0d0+1/iP170关键热阻：关键热阻：K接近给热系数小的一侧流体的给热系接近给热系数小的一侧流体的给热系数数壁温必接近于热阻较小或给热系数壁温必接近于热阻较小或给热系数较大的流体温度较大的流体温度如如0 i则则i 关键热阻关键热阻总传热系数总传热系数强化传热强化传热如如0i则则0 关键热阻关键热阻总传热系数总传热系数强化传热强化传热一、增大一、增大 tm：采用逆流mtKAQ传热过程的强化传热过程的强化二、增大二、增大A：不增加：不增加V 蒸汽压力下降

27、蒸汽压力下降,tm减小减小 三、增大三、增大K用用 大的物体大的物体清洗换热器减小污垢热阻清洗换热器减小污垢热阻,提高提高K值值清洁流体走壳程清洁流体走壳程排出蒸汽侧不凝气排出蒸汽侧不凝气,增加增加a,增加增加K值值冷凝水排除器保持通畅冷凝水排除器保持通畅,排除积水现排除积水现象象,增加增加K值值 方法：增大方法：增大管程管程流速，可单管程变流速，可单管程变双管程双管程例如：蒸汽加热气体，提高例如：蒸汽加热气体，提高 较较小小一侧（即气体侧一侧（即气体侧 ）有效）有效关健：减小起决定作用的分热阻关健：减小起决定作用的分热阻 确定冷热流体通道时，一般蒸汽走管外；确定冷热流体通道时，一般蒸汽走管外；易结垢的流体走管内；有腐蚀性流体走易结垢的流体走管内；有腐蚀性流体走管内；流量小的流体走管内。管内；流量小的流体走管内。