2023年化工原理主要知识点

化工原理(上）各章重要知识点绪论三个传递：动量传递、热量传递和质量传递三大守恒定律:质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算;动量守恒定律——动量衡算流动流体第一节流体静止的基本方程

一、密度1.气体密度：2.液体均相混合物密度：（—混合液体的密度，—各组分质量分数，—各组分密度)3.气体混合物密度:（—混合气体的密度，—各组分体积分数)４.压力或温度改变时,密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）;若有显著的改变则称为可压缩流体（气体)。二、．压力表达方法1、常见压力单位及其换算关系：2、压力的两种基准表达:绝压（以绝对真空为基准）、表压(真空度）(以本地大气压为基准,由压力表或真空表测出）表压=绝压—本地大气压真空度=本地大气压—绝压流体静力学方程1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力,其特点为:(1)从各方向作用于某点上的静压力相等;（２)静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面;（3)在重力场中,同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。２、流体静力学方程(合用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体)（容器内盛液体,上部与大气相通，—静压头，“头”—液位高度,—位压头或位头）上式表白：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。流体静力学方程的应用1、U形管压差计指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。测量液体：测量气体:2、双液体U形管压差计流体流动的基本方程一、基本概念１、体积流量(流量):流体单位时间内流过管路任意流量截面(管路横截面)的体积。单位为2、质量流量(）:单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为流速质量流速3、黏性：流体所具有的一种拽流体相对运动的性质。(1)气体的黏性力或内摩擦力产生的因素是速度不等的流体层之间动量传递的结果。(2）液体黏性力重要由分之间的吸引力所产生。4、牛顿黏性定律:两相邻流体层之间单位面积上的内摩擦力（内摩擦应力或剪应力)与两流体层间的速度梯度成正比，即（——方向相同时取正号,否则取负号）服从此定律的流体称为牛顿型流体。4、黏度的单位为Pａ·s常见流体用ｍPa·ｓ(１)流体的黏度随温度而变，温度升高,气体的黏度增大,液体的黏度减小。因素：温度升高时，气体分子运动的平均速度增大,两相邻气体层间分子互换的速度加快，因而内摩擦力和黏度随之减小。对于液体，温度升高时,液体体积膨胀,分之间距离增大,吸引力迅速减小，因而黏度随之下降。（２）流体的黏度一般不随压力而变化。质量衡算——连续性方程设流体在管路中做连续稳定流动,从截面１-1流入，从截面2-2流出，则对于不可压缩流体，,则对于圆管,，d为直径，则假如管路有分支，则机械能衡算方程1、抱负流体是指没有黏性的流体，即黏度的流体。2、内能(U)，位能(gz）,动能(）,压力能(），热量(，吸热为正,放热为负）,外功(，外界提供应流体外功是为正,流体向外界做功时为负)３、可压缩抱负流体机械能衡算关系：（——外功)4、1kg不可压缩抱负流体稳定流动时的机械能衡算式:（伯努利方程）５、不可压缩实际流体的机械能衡算式：（——阻力损失）流体流动现象一、雷诺数1、雷诺数的量纲为１，故其值不会因采用的单位制不同而改变,但数群中的各个物理量必须采用同一单位制。2、流体在圆形直管中流动，Re≤2023时属于层流;Re>４0０0时为湍流；Ｒe在２0２3～4000之间时流动处在一种过渡状态。管内流动分析1、层流时的速度分布体积流量故平均速度即层流时平均速度等于管中心处最大速度的一半。2、层流时的阻力损失哈根—伯谡叶公式:３、湍流时的速度分布（ｎ与Rｅ大小有关，Re愈大,n值也愈大。）平均速度(当n=7时，ｕ=０．８17)管内流动的阻力损失一、沿程损失的计算通式及其用于层流范宁公式:单位质量流体的沿程损失：单位体积流体的沿程损失:单位重量流体的沿程损失:称为摩擦系数或摩擦因数（层流时与Re成反比)量纲分析法(定理)湍流时的摩擦系数（合用范围为Rｅ≥4００0及≤0.005）非圆形管内的沿程损失（润湿周边指流体与管壁面接触的周边长度）层流时的阻力损失(C为常数,量纲为1，对于正方形、正三角形或环形，C分别为57、53、96)局部阻力损失1、阻力系数法:——局部阻力系数，（1)忽然扩大：当流体流过忽然扩大的管道时,流速减小，压力相应增大。此时,称为管道出口阻力系数。(2）忽然缩小：当流体由大管流入小管时,流股忽然减小,到缩脉时，流股截面缩到最小，之后开始逐渐扩大,直至重新充满整个管截面。当流体从容器流进管道时，，称为管入口阻力系数。２、当量计算法（当量长度）局部阻力损失:管内流动总阻力损失的计算在管路系统中，总阻力等于沿程损失与局部损失之和，对于等径管,有若管路系统中存在不同管径段,管路总阻力损失应将等径段的阻力损失相加。ﻩ管路计算简朴管路1、简朴管路是没有分支或汇合的管路,其特点为:(1）通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体的体积流量也不变（指稳定流动)；(２)整个管路的阻力损失为各段阻力损失之和。2、设计型问题(1）计算泵的有效功率(例1-１1)（２)计算管径(例1-１2)3、操作型问题（1）操作性问题分析（例1-13)管内流量变化：将阀门开度减小后,管内流量应减小。简朴管路中阻力系数的变大，如阀门关小等,将导致管内流量减小，阀门上游压力上升,下游压力减小。此规律具有普遍性。计算流量（例1－14）复杂管路1、复杂管路只指有分支的管路,涉及并联管路、分支（或汇支）管路。２、并联管路特点：=1\*ＧB3\*ＭＥRＧＥFORMAＴ①总流量等于个并联支管流量之和;=2\*GB3＼＊MERGEFOＲMAＴ②并联各支管的阻力损失相等。3、并联支管中,细而长的支管通过的流量小，粗而短的支管通过的流量大。4、分支（或汇合)管路的特点：=1\*ＧＢ3＼*MERGＥFＯRMAＴ①总流量等于各支管流量之和；＝２\*GB3＼*MERGＥFORMAT②可在分支点(或汇合点)处将其分为若干个简朴管路,对于每一段简朴管路,仍然满足机械能衡算方程。流量测量变压头的流量计(恒截面,变压头)1、测速管(皮托管)被测流体为液体:（——指示液密度,R——Ｕ形管压差计读数)被测流体为液体:皮托管优点:阻力小，适于测量大直径气体管路内的流速。缺陷：不能直接测出平均速度,且压差读数小，常要放大才干读得准确。２、孔板(——孔板系数)体积流量孔板系数孔板安装位置：上下游要各有一段等径直管作为稳定段,上游至少,下游至少。孔板优点:构造简朴，制造与安装都比较方便;缺陷:阻力损失大。3、文丘里管优点:阻力损失小，相同压差读数下流量比孔板大,对测量具有固体颗粒的液体也较孔板合用;缺陷:加工较难,精度规定高，因而造价高,安装时需占去一定管长位置。变截面流量计(恒压头，变截面）转子流量计（简称为转子计）流体输送机械离心泵一、离心泵的操作原理与构造１、操作原理（重要靠高速旋转的叶轮所产生的离心力）（1)开动前泵内要先灌满所输送的液体。离心泵开动是假如泵壳内和吸入管路内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力,这是由于空气的密度比液体小得多,随着叶轮旋转所产生的离心力局限性以导致吸上液体所需的真空度。像这种因泵壳内存在气体而导致吸不上液的现象，称为“气缚”。（2）离心泵最基本的部件为叶轮与泵壳。离心泵的理论压头与实际压头１、压头的意义泵向单位重量液体提供的机械能，称为泵的压头（或扬程)，用符号Ｈ表达,单位为m对于任一管路输送系统,所需压头为(——升举高度，——液体静压头的增量,——动压头的增量，与其他项相比，可忽略，——全管路的压头损失）2、理论压头(１）叶轮进口与出口之间列伯努利方程:理论压头:(——液体的绝对速度)（２）液体从点１运动到点2，静压头之所以增长，其因素有二:＝1\*GＢ３\*MEＲGＥFORMＡＴ①液体在叶轮内受到离心力作用,接受了外功;=2\*GB３＼*ＭＥRGEＦＯRMAT②相邻两叶片所构成的通道的截面积自内向外逐渐扩大，液体通过时的速度逐渐变小,使得部分动能转变为静压能。（３)离心泵理论压头表达式（离心泵的基本方程）(——绝对速度在周边切线方向上的分速度）（4)理论压头与流量的关系【式中Q——泵的流量,；——叶轮旋转的角速度;——叶轮的半径;——叶片的装置角；——叶轮周边宽度】与Ｑ呈线性关系，变化率的正负取决于装置角。当<时,cos＞0，叶片后弯，随Ｑ的增大而减小;当=，coｓ=０,叶片径向,不随Q变化；当<,cos<0，叶片前弯,随Q的增大而增高。3、实际压头压头损失：=1\*GＢ3①叶片间的环流；=2\*GB3\*MＥＲGEFORMAT②阻力损失；=３\*ＧB3③冲击损失。离心泵的重要性能参数压头和流量有效功率、轴功率和效率（1)泵内的机械能损耗：=１\*ＧB３＼*MEＲGＥFORMAT①水力损失;=2\*ＧＢ3\＊MEＲGEＦOＲMAT②容积损失；＝3＼*GＢ3\*MEＲGＥFORＭAT③机械损失。（2）有效功率：轴功率N效率离心泵的特性曲线及其应用1、离心泵的特性曲线（1)离心泵的特性曲线由以下曲线组成:=１\＊GB3＼*MEＲGEFＯRMAT①曲线；=2\*GB3\＊ＭERGEFＯRMAT②曲线；=3\*GＢ3\*ＭERGEFORMＡT③曲线；＝４\*GB3\*ＭERGEＦORMAT④线。（2)泵高效区：最高效率±5％~８%区域(3）各种型号的离心泵各有其特性曲线，形状基本上相似，其共同特点如下:=１＼*ＧB3＼*ＭＥRGEFOＲMAT①压头随流量的增大而下降;=2\*GB3\＊ＭEＲGＥFＯＲMAT②功率随流量的增大而上升（离心泵在启动前应关闭出口阀,使泵在所需功率最小的条件下启动,以减少电动机的启动电流，同时也避免出口管线的水力冲击）;＝３\＊ＧB３\*ＭERGＥFOＲMAT③效率现随流量的增大而上升，达成一最大之后再下降。2、液体性质对离心泵特性的影响(１）密度的影响:对曲线、曲线无影响，但，故↑,曲线↑。(2)黏度的影响:＝1\*GB3\*ＭERGEＦORMAT①当液体的运动粘度小于时,如汽油、煤油、轻柴油等，则黏度对离心泵的特性曲线的影响可忽略不计；＝2\＊ＧB３\*MEＲGEFORMAT②当时，．３、转速与叶轮尺寸对离心泵的影响（1)转速n的影响当角速度变化不大时（<２0%）→若不变→叶轮尺寸的影响泵在原转速n下的特性曲线方程:，当叶轮直径因切割而变小时，若变化限度小于20%，则→若不变→离心泵的工作点与流量调节1、管路特性方程可简化为按此式标绘出的曲线称为管路特性曲线。工作点与流量调节(1）工作点：将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头恰好相等时的流量，称为泵在官路上的工作点。(即离心泵特性曲线与管路特性曲线的交点M)，它表达泵所实际输送的流量和所提供的压头。(2）流量调节为调节流量，即改变工作点，可采用两种方法：＝１\*GＢ3＼*MERＧEFＯRMAT①改变管路特性曲线（调节阀门）;=2\*ＧB3\*MＥＲGEFＯRＭAＴ②改变泵的特性曲线(改变泵的转速或切割叶轮）。离心泵的安装高度1、安装高度:离心泵的安装位置与被吸入液体液面的垂直高度。２、“汽蚀”:使液体以很大的速度从周边冲向气泡中心,产生频率很高、瞬时压力很大的冲击的现象。3、为避免发生汽蚀,就规定泵的安装高度不超过某一定值。采用“汽蚀余量”，又称净正吸上高度（NPSH)来表达蹦的吸上性能。4、汽蚀余量一定为正值，愈大,愈能防止出现汽蚀。泵刚好发生汽蚀时（即降为、恰好等于时）的汽蚀余量称为最小汽蚀余量,表达为．允许汽蚀余量(m）泵的安装高度实际安装高度比允许值低０．5~1m离心泵的类型、选用、安装与操作其他类型泵通风机、鼓风机、压缩机和真空泵一、分类:通风机：排气压力不大于１５kPa；(气体输送）鼓风机:排气压力为1５~300kPａ,压缩比小于4;(气体输送）压缩机：排气压力大于300kＰa,压缩比大于4；(产生高压气体)真空泵:排气压力为大气压,压缩比范围很大。(产生真空)2、往复压缩机操作循环:=1\*GB3＼*MEＲGEFORMAT①压缩阶段；=2\＊GＢ３\*MERGEＦOＲＭＡT②压出阶段(有余隙);＝3\*GB3＼＊MＥRGEFORＭＡT③膨胀阶段；＝4＼*GB３\*ＭERGEFORMＡＴ④吸入阶段。传热概述一、传热的三种基本方式：热传导、对流和辐射1、热传导(1)热传导：热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导,简称导热。(2)导热机理：=1\*GＢ3\*MＥRGEFORMAT①气体：气体分子做不规则热运动时互相碰撞。=2\*GB3\*MＥRＧEFORＭAT②固体:ａ、导体固体:许多自由电子在晶格之间运动，自由电子导电也导热;b、非导体固体:晶格结构的振动（即原子、分子在其平衡位置附近的振动)。=3\*GB3\*MERGEFOＲＭＡT③液体:重要靠原子、分子在其平衡位置的振动，振动的平衡位置间歇地发生移动。2、对流:流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递的过程，对流只能发生在流体内。分为自然对流和强制对流。３、辐射：一种以电磁波传递能量的现象。热辐射:当物体因热而发出辐射能的过程。物体在放热时，热能变为辐射能。辐射不仅是能量的转移,并且伴有能量形式的转化。传热速率与热阻1、传热速率（1)热流量Q：单位时间内通过所有传热面积传递的热量,单位为,即W.传热面积与热流方向垂直。（2）热通量ｑ:单位时间内通过单位传热面积传递的热量,单位为.（3）２、传热速率与热阻Ｒ的关系热传导一、傅里叶定律1、温度场和温度梯度（1)温度场:物体(或空间)各点温度在时空中的分布。(t——某点的温度，x,y,z——点坐标,——时间)(2）不稳定温度场：温度随时间而改变的温度场。稳定温度场:各点温度均不随时间而改变的温度场。（3)温度梯度:两等温面的温度差与其间的法向距离之比，某点的温度梯度为趋于零时的极限值,即温度梯度是向量,方向垂直于等温面，并以温度增长的方向为正。2、傅里叶定律表达式导热量ｑ与温度梯度成正比:——热导率,单位为。负号表达热流方向与温度梯度的方向相反。二、热导率1、固体纯金属的导热率随温度升高而略有减小;非金属的值随密度的增大或温度的升高而增大。2、液体非金属液体以水的热导率最大。除水和甘油外，绝大多数的热导率随温度的升高而略有减小。3、气体气体的热导率随温度的升高而增大。平壁的稳定热传导1、单层平壁的稳定热传导Ｒ——无限平壁的导热热阻，.多层平壁的稳定热传导圆筒壁的稳定热传导ﻩ１、无限长单层圆筒壁一维稳态导热（无内热源)——圆筒壁厚度,；——平均面积，；（），无限长多层圆筒壁一维稳态导热(无内热源）两流体间的热量传递两流体间通过间壁传热的分析牛顿冷却定律:热通量ｑ与壁面-流体间的温差成正比：,——给热系数，单位为传热速率和给热系数——传热系数,单位与相同。1、换热管内外面积不相等的考虑传热面积计算的最终结果通常用管外面积表达。污垢热阻（——管壁内侧和外侧的污垢热阻)若污垢热阻与壁阻可忽略时，若相差较大时：若<＜，则;若＞>，则,应提高较小的进而提高Ｋ;若相差不大时，两者应同时提高。传热温差和热量衡算为换热器进、出口处的平均温差,传热效率-传热单元数法1、传热速率方程:2、热量衡算方程：3、传热效率(1)若热流体的较小时,（2)若冷流体的较小时,传热单元数（1)热流体(2）热流体５、传热效率和传热单元数NTU的关系(1）逆流换热器：(2）并流换热器：——热容量之比,壁温的计算对于稳定传热过程，——热流体侧传热面积、冷流体侧传热面积和平均传热面积；——热流体侧和冷流体侧的壁温；——热流体侧和冷流体侧的给热系数。，,给热系数给热系数的影响因素和数值范围影响给热的因素:（１)引起对流的因素;(2）流体的流动形态；（３）流体的物理性质；（4）传热面的几何因素;(5）流体有无相态变化。二、给热系数与量纲分析特性数的符号和意义特性数名称符号涵义努塞尔数表达导热热阻与对流热阻只比雷诺数反映流体的流动形态和湍流限度普朗特数反映与传热有关的流体性质。气体，液体格拉晓夫数反映由于温差而引起的自然对流的强度相对于自然对流时的“雷诺数”——流体的膨胀系数１/℃;——流体内的温度差℃——流体由于温度差而产生的浮升力,流体做强制对流时的给热系数1、流体在圆形直管内做强制湍流（１）当壁温和流体平均温度相差不大时，合用范围：，0．6～160,管长和管径之比定型尺寸规定为管内径；定性温度为流体进、出口温度的算术平均值。当流体被加热时，；当流体被冷却时,，空气或其他对称双原子气体，(２)当壁温和流体平均温度相差较大时,应用范围：，0．7～1６700，特性尺寸:管内径定性温度：取壁温作定性温度,其他物理性质均为流体进、出口温度的算术平均值。2、流体在圆形直管内做强制层流合用范围:，，3、弯曲管道内的给热系数——圆管、直管中的给热系数;——管内径，m;——弯管轴的曲率半径，ｍ4、非圆形直管中的给热系数将管内径改为当量直径５、流体在管外强制对流流体在管束外横向流过时的给热系数:6、提高给热系数的途径不管管内或管外,提高流速都能增大给热系数流体做自然对流时的给热系数蒸汽冷凝时的给热系数膜状冷凝:当饱和蒸气与低于饱和温度的壁面接触时，蒸汽将放出潜热并冷凝成液体。若冷凝液能润湿壁面,并形成一层完整的液膜向下流动，则称为膜状冷凝。滴状冷凝:若冷凝壁面上存在一层油状物质,或者蒸气中混有油类或脂质物质,冷凝液不能润湿