湖大化工原理期末复习2015(上册)

1、化工原理期末复习提要化工原理是化工工艺专业的一门重要的基础课，课程的基本内容和学习要求已在该课程教学大纲中详细说明，为了方便同学们的期末复习，本复习提要对此作出进一步说明。第一章       流体力学一、复习要求1、理解流体主要物理量；密度 、压力、粘度 、流速 和流量 s （ s）的定义、单位、影响因素及换算。2、掌握流体静力学方程及其物理意义和应用（压强的测量和液面的测定）。3、了解稳定流动和不稳定流动的概念；理解稳定流动的连续性。4、重点掌握柏努利方程式的物理意义及应用。5、理解流量不同测量方法的特点二、复习提要1、流体静力学（

2、1）流体的密度 /m³，随它的温度和压强而变化。压强对液体的密度影响很小，可忽略不计。气体具有可压缩性和热膨胀性，其密度随温度和压力有较大变化，其密度：PM/RT g/m³ （2）流体的静压强是垂直作用于单位面积上的压力，其单位可根据的定义（Pa）、液柱高度（）、大气压（atm）等进行表示以及相互换算。流体的压强还可用表压强和真空度来表示，绝对压强是流体的真实压强。（3）静力学基本方程式是描述静止流体内部压强变化的规律。它可用两种方法来表示； 力的形式： 21g(12) 能量的形式： (2)2(1)1 工程上应用此方程可解决静止流体的压力差测定、液位测定和计算液封高度等问题

3、。在应用中主要是如何选取等压面，其实质为对于连续流体、静止流体、同一种流体中在同一水平面上静压强相等的概念的具体运用（注意静止流体内任一点的压强与深度有关）。静止液体内有若干个水平等压面。当液面上方的压强有改变时，流体内部各点的压强也发生同样大小的改变。压强差的大小可以用液柱高度来表示。2、流体动力学（1）流量与流速的表示法：s 、s 、 、 的含义及相互间的换算关系。稳定流动和不稳定流动。（2）物料衡算连续性方程 s1122.常数。说明不可压缩流体不仅流经各截面的质量流量也相等。流速与导管的截面面积成反比，这对分析流体流动问题很有用。（3）实际流体的机械能守恒柏努利方程式 1(1)(1

4、78;2)e2(2)(2²2)f此方程说明不可压缩的连续流体，在管内作稳定流动而又没有外加功加入时,任一截面上单位质量流体所具有的总机械能为一常数;各种形式的机械能可以相互转换,前三项是指在某截面上流体本身所具有的能量,后两项是指流体在两截面之间所获得的能量. e 1流体在两截面间所获得的能量. f 流体在两截面间所消耗的能量。可以用此方程来计算输送设备的有效功率（功率）；管道中流体的流量；管路中流体的压力；设备之间的相对位置等。注意两截面的选定应与流体流动方向相垂直，宜选已知数据较多的截面。截面上的流量取该截面上的平均值。计算位能的基准面必须是水平面，基准面的位置对计算结果无影响。

5、P可以是表压也可是绝对压，但两截面的值必须用同一种表示法表示， e 是流体在两截面间获得的能量，f是两截面之间的能量消耗，放在终了截面一侧。（4）流动类型及阻力计算流体的型态可分为层流（滞流）、过渡流和湍流（紊流），而流动类型可用雷诺数（Re）来判定，可分为三个区域：层流区、过渡区、湍流区。流体的阻力由流体的粘性产生，牛顿流体粘性定律计算内摩擦阻力。管路的总阻力损失是管路上全部直管阻力与局部阻力之和。对于流体流经直径不变的管路时，若把局部阻力都按当量长度的概念来表示，则管路的总能量损失为： 注意：此式用于直径相同的管段或管路系统的计算，式中的流速是指管段或管路系统的流速，可按任一管截面来计算。

6、而柏努利方程式中动能²项中的流速，是指相应的衡算截面处的流速。le称为管件或阀门的当量长度，单位为 。其值表示流体通过一管件或阀门的能量损失相当于流体通过一直径相同的直管的长度。因此可将局部阻力计算转换成直管阻力计算。摩擦系数取决于流型，层流时：=64/Re; 湍流时视情况而定。另外，注意哈根-泊禝叶公式： or 3、管路计算 （1）简单管路计算；（注意试差法） （2）复杂管路计算（注意管路特点）4、流量的测量（1）孔板流量计：根据流体在孔板上游的压强和缩脉处压强的差值，来计算管内流体的流量： Vs= C02gR（A）½WsA0C0A0C02gR（A）½孔板流量计

7、构造简单，制造、安装方便，应用很广，损失压头较大。（2）文氏管流量计：用一段渐缩渐扩管代替孔板，构成的文氏管流量计。流体的损失压头较小，结构不如孔板紧凑，加工较麻烦。（3）转子流量计：利用转子所受的上推力与净重力达到平衡时，转子浮在一定高度上来测量流量。与孔板流量计不同的地方是转子流量计的环隙截面是可变的，而转子上下方的压强差却不随流量而变。（4）测速管三、基本计算1流体主要物理量的计算（包括单位换算）。2静力学基本方程式的应用。3柏努利方程式的应用。4流动阻力计算。第三章   非均相物系的分离 一、复习要求 1、掌握重力沉降的原理、沉降速度的定义和计算。理解沉降

8、器的计算并了解沉降器的构造。 2、掌握离心沉降速度的定义和计算。了解各类离心机的构造和用途。3、理解过滤的基本概念。掌握恒压过滤基本方程式及应用。了解各种过滤设备的构造和操作。二、复习提要1、重力沉降和离心沉降（1）基本概念及其计算式：非球形颗粒的当量直径 形状系数 床层空隙率 =（床层体积颗粒体积）/床层体积床层的比表面积 ab=（1- ）a颗粒比表面积: 离心沉降：（2）主要计算公式重力沉降速度是指微粒在介质中所受的阻力和浮力之和等于微粒的重力时，这种不变的速度。圆球形粒子的沉降速度t ： 根据阻力系数的计算不同而上式可变化层流区域：e，24e (10-4et1)斯托克斯公式 过渡区：18

9、.5e0.6 (10-4et1)艾仑公式 湍流区： et1000-2×10 ，0.44牛顿公式 非球形颗粒的大小，可以用当量直径计算。沉降速度的计算： 试差法和摩擦数群法离心沉降：沉降速度：临界粒径：总分离效率 压强降注意：沉降器的生产能力与沉降速度U0和沉降面积S成正比，而与沉降器的高度无关。 VU0S ³2、过滤（1）基本概念及其计算式：深床过滤，比阻 ，压缩性指数，过滤速率和过滤速度（2）主要计算公式 A、过滤基本方程 B、恒压过滤基本方程式： 当过滤介质阻力可忽略时 或 C、恒速过滤方程 D、先恒速后恒压过滤恒压阶段：E、过滤常数的测定计算式 K=2k(p)1-s

10、洗涤操作相当于过滤介质上滤渣厚度恒定时的过滤过程。三、基本运算1计算沉降速度2求服从斯托克斯定律的最大粒子直径。3沉降室主要尺寸计算。4滤液量计算及所需过滤时间的计算。  5. 过滤机的生产能力。第四章   传热基本原理和换热器 一、复习要求1理解传热的基本方式和工业的换热方法。2掌握传热方程式、热量衡算、平均温度差计算。3理解导热基本定律，掌握平壁和圆筒壁的导热。4理解对流传热方程式和膜系数经验公式的概念，记住流体在圆形直管中强制湍流时膜系数计算公式，应用条件。5掌握传热系数K的计算式及强化传热过程的途径。6理解热辐射的概念。7掌握列管换热器的类型、构

11、造和应用。了解其它类型换热器的构造和适用范围。8了解常用加热方法和载热体，理解列管换热器的工艺设计。二、复习提要：1传热的基本方式和基本概念、定律：热传导是特体中温度较高部分分子，通过碰撞或振动将热能以动能形式传给相邻温度较低部分的分子，这种物体内分子不发生宏观位移的传热方式。对流是流体之间的宏观相对位移所产生的对流运动，将热量由空间中一处传到他处的现象。辐射是一种以电磁波传递热量的方式。工业的换热方法：间壁式换热、混合式换热和蓄热式换热。稳态传热和非稳态传热。温度场和温度梯度傅立叶定律： 牛顿冷却定律：吸收率，反射率，透过率，黑体，镜体，透热体，灰体；2传热计算：（1）热传导计算公式平壁 圆

12、筒壁 注意：导热系数是物质导热能力的标志。一般说来，金属的导热系数量大，固体非金属次之，液体较小而气体最小。（2）对流传热计算公式总传热系数K0 若垢阻和壁阻很小，12 时，则2对流传热方程式 QS壁 传热方程式 QSm 热量衡算  平均温度差：平流和逆流情况下 m若2时，m 错流和折流时：m ×m 逆流平均温度差大于并流。影响对流传热膜系灵敏的因素，最重要的因素有：流体的种类和特性，对流状况，壁面的形状、位置、大小等。因此对流传热膜系数的计算式常整理成无因次数群（准数）的关系式。准数（u 、e、r 、r）关联式的应用要注意三点：应用范围、特性尺寸、定性温度。流体无相变化时

13、在圆形直管中强制湍流的膜系数： 应用范围： e10000 ； 0.7r120 ； 管长管径60定性温度：流体在换热器进、出口的算术平均温度。强化传热过程的途径：增大传热面积、增大传热温度差、提高传热系数。提高传热系数的办法：增加湍流程度、采用导热系数较大的载热体、尽量采用有相变化的载热体、减少壁阻和垢阻。3、辐射传热物体的辐射与温度有关，可用斯蒂芬-波尔兹曼定律描述： 黑度 两物间的辐射传热：黑度与吸收率之间关系，遵循克希霍夫定理：所以 对任意面的两物体的辐射： 对流和辐射的联合传热 7列管换热器（1）优点：结构简单、坚固、制造容易、处理能力大，应用性强。（2）构造：主要由外壳、管板、管束、封

14、头等组成。（3）热补偿装置：有浮头补偿、补偿圈衬偿、U形管补偿。它们的适用范围不同。（4）列管式换热器的工艺设计，作为同学们课程大作业完成。 三、基本运算1热量衡算。2平均温度差的计算。3导热计算：传导热量Q、 壁温等计算。4流体在圆形直管内强制对流膜系数的计算。5传热系数的计算和间壁式传热的总计算（传热量、传热面积等）。6. 两物体间的辐射传热计算。第二章       流体输送设备一、复习要求1了解常用泵的分类、离心泵的工作原理和结构、离心泵的型号和选用。2掌握离心泵的特性和叶轮转速和直径对泵性能的影响，掌握离心泵的特性曲

15、线、吸上高度。3理解离心泵的操作与调节、往复泵的工作原理、性能、运转和流量调节。4了解其它泵的工作原则及其应用。5、了解往复压缩机的主要构造、工作原理。理解绝热压缩后的体积和温度变化、功率。 6、理解往复压缩机的生产能力、多级压缩和优缺点、送气量调节方式。7、了解离心鼓风机和离心压缩机的工作原理、性能和调节方法。8、了解通风机的类型和性能。 二、复习提要1离心泵的性能（1）流量：是指单位时间内奈 能排出的液体量。流量的大小与泵的结构有关： ； （2）扬程：泵能给予1液体的能量，称为扬程。用泵将液体从低处送到高处的高度，称为升扬高度。 表真)g²²1²)

16、() 离心泵的扬程与离心泵的结构有关： ´´² ´´² （3）功率和效率：泵的轴功率是泵轴从电机获得的功率，泵的效率主要与制造质量和流量有关。 ´´³ ´´³ （4）离心泵的性能曲线：QH曲线，Q增大则H减少。QN曲线，Q增大，则N越大。Q曲线，曲线上最高效率点即为设计点，应尽可能使泵在最高效率点附近工作。2离心泵的吸上高度，是指泵入口中心在吸入贮槽液面上的高度。（1）吸上高度的限度： 1)1²1 （2）汽蚀现象：若吸上高度高至某一限度，1 降至等于泵送液体温度下的 时，在泵进口处，流体就会沸腾，大量气泡随液体进入高压区，重新凝结为液体，周围形成真空，液体质点互相冲击，造成很高的瞬间局部冲击力，这种现象称为汽蚀。汽蚀发生时，发生振动和噪声，流量和扬程下降，严重时不能正常工作。 （3）允许汽蚀余量：能保证不发生汽蚀的的最小值，称为允许汽蚀余量。 11²饱 3离心泵的操作与调节（1）管路特性曲线 ²表明管路需要的对加压头随流量的平方而变化。（2）离心泵的工作点：管路特性曲线和泵的QH曲线的交点，称为泵的工作点。 改变离心泵的工作点，即可