化工原理课件

第一章、流体流动第一节、概述一、流体及其相关概念1、流体：气体+液体2、流体流动：无数流体质点{微团}组成的连续介质在空间的位移。拉格朗日法：描述每个质点在流场中随时间的变化规律。欧拉法：用“流速场”这个概念来描述流体的运动3、可压缩流体与不可压缩流体P11

流体的体积不随压力和温度变。流体的体积随压力和温度变。4、流体基本特性：流动性：流体抗拉、抗压能力极小的宏观表现。第一章、流体流动二、流体的主要力学性质1、惯性：质量表示惯性大小（1）、密度：单位体积流体的质量。

Kg/m3

液体

Kg/m3

气体理想气体：分子本身没有体积、分子间没有任何作用力。（低压气体）气体标准状态：P13第一章、流体流动

理想气体标准状态密度、（1—4）已知ρ0求任意P、T下的该气体密度：（1—5）混合气体的密度：（1—6）混合液体的密度：（1—7）（2）比容：单位质量流体体积。

V=1/ρ第一章、流体流动2、重力特性（1）、容重：单位体积流体的重力

γ=G/VN/m3（2）、与ρ的关系：γ=ρ*g3、粘滞性（粘性）（1）粘性：流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性。（2）牛顿内摩擦定律（粘性定律）(p25)第一章、流体流动第一章、流体流动牛顿内摩擦定律示例图计算公式（3）、粘性系数μ（动力粘性系数）：物理意义：当速度梯度为一时，表示单位面积上的内摩擦力。单位：N*S/m2Pa*S相关表达：运动粘性系数：γ=μ/ρm2/s第一章、流体流动特性第一章、流体流动（4）、牛顿内摩擦定律的应（举例）（例题：化工原理p25）4、压缩性和热胀性压缩性：流体受压、体积缩小、密度增大的性质。用压缩系数来表示。米2/牛热胀性、流体受热、体积膨胀、密度减小的性质。用热胀系数来表示。

T-1

第一章、流体流动5、表面张力特性由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上能够承受及其微小的张力，这种张力………。发生在液体与液体，液体与气体，液体与固体接触面。气体不存在表面张力。表面张力系数：单位长度上的表面张力。牛/米第一章、流体流动第二节、流体静力学基本方程式一、流体的压力1、基本概念压力（压强）；总压力绝对压力；相对压力；表压；真空度。2、压强的三种单位：大气压：atm帕/千帕：Pa/KpammHg柱/m水柱1atm=101.325Kpa=760mmHg=10.33mH2o1atm（工程）=100Kpa=760mmHg=10mH2o1mmH2o=10Pa第一章、流体流动3、压强关系图第一章、流体流动二、流体静力学基本方程式1、P=P0+ρgh

Pa=N/m2=N*m/m3=J/m3从能量的观点看，各项代表单位体积液体的能量。2、Z+P/ρg=常数

m=N*m/N=J/N从能量的观点看，各项代表单位重量液体的能量。Z：位压头（位能）；P/ρg：静压头（静压能）3、gZ+P/ρ=常数

从能量的观点看，各项代表单位质量液体的能量。第一章、流体流动4、压力用柱高表示：

第一章、流体流动5、几点结论（对静止液体）静压力始终沿着作用面内法线方向液体内某一点的静压力各方向相等，大小与方向无关，仅与位置有关。等压面：静止液体同一水平面上压力相等。巴斯加定律：液面上的压力变化可以等值的在液体内传递。适用于气体。第一章、流体流动三、流体静力学基本方程式的应用1、静压强的计算(举例）：例题流力（周谟仁）p192-22、液体作用于平面上的总压力（了解）结论：液体作用于任意形状上的总压力的大小，等于该平面的面积与其形心处静水压强的乘积。3、压力测定(举例）U形管倾斜压差计第一章、流体流动微压计第一章、流体流动4、液面测定第一章、流体流动5、确定液封高度第一章、流体流动第一章、流体流动第三节、管道流体流动的基本方程式一、流量与流速1、体积流量/质量流量G=ρ*V1-142、平均流速/质量流速ω=ρ*uKg/m2s1-173、管道直径的估算1-18二、稳定流与非稳定流1、稳定流：任一点上物理参数不随时间变。2、非稳定流：任一点上物理参数（或部分）随时间变。三、连续性方程式

流场内任意两截面的流体：

G1=G2ρ1A1u1=ρ2A2u2

连续性方程式1-20对不可压缩流体：流体速度与管道截面积成反比。u1:u2:……u=1/A1:1/A2:……1/A对圆形管道：u1/u2=(d2/d1)21-23第一章、流体流动四、柏努利方程1、柏努利方程的推导推导1：假设：流体无粘性、连续介质、稳定流、截面上流体速度、压力、密度均取平均值。第一章、流体流动两端总压力：PA,-(P+dp)A重力在x轴上的分量：gρAdxsinθ=gρAdz力在x方向之合力：PA-(P+dp)A–gρAdz=-Adp-gρAdz微元体动量的变化率：Gdu=ρAudu(G:质量流量)由动量定律：ρAudu=-Adp-gρAdzgz+柏努利方程1-28z+柏努利方程1-29第一章、流体流动推导2：假设：不可压缩流体、无粘性、稳定流。（1）、压力做功

P1dA1u1dt-P2dA2u2dt=(P1-P2)dQdt（2）、流体机械能增量质量：ρdQdt;

动能增量：ρdQdt(u22/2-u12/2);

位能增量：ρgdQdt(Z2-Z1)第一章、流体流动（3）、功能原理:外力对系统做功等于系统机械能的变化量。(P1-P2)dQdt=ρdQdt(u22/2-u12/2)+ρgdQdt(Z2-Z1)gZ1+P1/ρ+u12/2=gZ2+P2/ρ+u22/2

单位质量J/KgZ1+P1/ρg+u12/2g=Z2+P2/ρg+u22/2g

单位重量m=J/N第一章、流体流动2、柏努利方程的物理意义1-28式：单位质量的流体能量守恒方程式。

gz(位能)+P/ρ(静压能)=势能

U2/2：动能动能+势能=总机械能（总能量）1-29式：单位重量的流体能量守恒方程式。

z(位置水头、位压头)+P/ρg(静压水头)=势能

U2/2g：动压头第一章、流体流动结论：单位质量流体在流动中，其位能、静压能、动能可以相互化，但总的机械能保持不变。位压头+静压头=测压管水头位压头+静压头+动压头=总压头（全压头）第一章、流体流动测压管五、实际流体机械能衡算式考虑流动损失时的柏努利方程

z1+z2++∑Hf1-30考虑外加能量（流动机械）时的柏努利方程

z1+z2++∑Hf1-31第一章、流体流动柏努利方程的应用（举例）（1）、任取两截面、连续介质、稳定流。（2）、基准面、两截面之一较低截面的水平面。（3）、P同时取表压或绝对压力。（4）、外加能量是对每公斤流体而言。第一章、流体流动六、流体流动类型与雷偌准数1、雷偌实验：探讨流体的流动状态及其影响因素。探讨流动状态与与流动阻力之间的关系。第一章、流体流动2、两种流态及流态分析层流：流场内流体一层一层的平行流动。紊流：流场内流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，质点间彼此碰撞并相互混合，这种流动状态称……上临界速度：层流转变成紊流的临界速度Vk′。下临界速度：紊流转变成层流的临界速度Vk

。第一章、流体流动3、雷偌准数，流态判别准则（举例)雷偌数：Re=d:管径、u:流速、ρ:密度、μ:动力粘度量纲：Re流态判别准则：层流：Re=≤2000

紊流：Re=≥4000

过渡区：2000<Re=<4000第一章、流体流动第一章、流体流动七、流体在园管内的流速分布1、流体在园管内层流时的流速分布速度分布方程式圆柱体两端的压力：F1=πr2p1

F2=πr2p2圆柱体侧面的内摩擦力：

F=-(2πrL)由于流体做等速运动，合力为0：

πr2p1-πr2p2-(-2πrl)=0两边积分：+C由边界条件：r=R时u=0第一章、流体流动最大速度当r=0、速度最大

流量

dV=(2πrdr)

第一章、流体流动平均流速

u平均=V/πR2=u平均=1/2umax哈根-泊素叶方程式

2、流体在园管内紊流时的流速分布管截面的平均速度约为管中心的最大流速的0.82流体在光滑管流动，Re≤105ur=umax(1-r/R)1/71/7次方定律第一章、流体流动层流底层、过渡层、紊流核心、层流底层厚度：层流底层厚度：

第一章、流体流动第四节、流体流动的阻力一、管、管件及阀门第一章、流体流动二、流体在直管中的流动阻力第一章、流体流动三、沿程阻力及阻力系数的计算1、沿程阻力计算式：hf=

第一章、流体流动推导：第一章、流体流动2、层流阻力系数：λ=64/Re3、紊流阻力系数：相关概念管壁粗糙度的影响光滑管、粗糙管、水力光滑管、水力粗糙管。绝对粗糙度、ε

相对粗糙度、ε/d第一章、流体流动量纲分析法π定理：设影响某现象的物理量数为n个，这些物理量的基本量纲数为m个，则该物理现象可用N=(n-m)个独立的量纲为1的量之间的关系式表达。此类量纲为1的量称为准数。第一章、流体流动尼古拉兹实验I、层流区：λ=f1(Re)II、临界过渡区：λ=f2(Re)III、紊流光滑区：λ=f3(Re)IV、紊流过渡区：λ=f4(Re、K/d)V、紊流粗糙区（阻力平方区）：λ=f5(K/d)第一章、流体流动园管紊流阻力系数的确定层流：临界：紊流光滑：紊流过渡：紊流粗糙：第一章、流体流动第一章、流体流动非圆管阻力系数（举例）当量直径：de=4A/∏第一章、流体流动四：局部阻力损失1、阻力系数法：重要结论：流体自管内流出：ξ=1流体自容器流入管内：ξ=0.5第一章、流体流动2、当量长度法：第一章、流体流动五、流体在管内流动的总阻力损失（举例）

1-60式六、减小阻力的措施1、管道进口平顺的管道进口可减小局部阻力系数90%以上。2、渐扩管和突扩管渐扩管——减小扩散角突扩管——制成台阶式第一章、流体流动3、弯管阻力系数在一定范围内随曲率半径的增大而减小。对气体可加装倒流（叶）片。4、三通尽可能减小支管与合流管之间的夹角。5、添加剂减阻聚氧化乙烯(PEO)，聚丙烯酰胺(PAM),悬浮物（尼龙丝、石棉、纤维）。第一章、流体流动第一章、流体流动第五节、管路计算一、管路综合阻力系数当流动在阻力平方区时，管路的阻力特性是一个常数，该常数用S表示.其管路阻力hf与S、Q由如下关系：

hf=S*Q2S称为管路综合阻力系数：

s2/m5

若：Pf=S*Q2kg/m7二、串联管路1、串联管路的流动规律各管段流量相等：Q1=Q2=Q3总管综合阻力系数等于各分段综合阻力系数之和。

S=S1+S2+S32、串联管路的工程计算（举例）已知L、d、Q(u)求液面高差h已知h、L、d、求流量或流速Q(u)已知L、Q(u)求管径d第一章、流体流动3、最适宜管径三、并联管路1、并联流动规律：并联节点上的总流量为各支管流量之和；各支管上的阻力损失相等。

Q=Q1+Q2+Q3Hfa-b=h1=h2=h3第一章、流体流动2、流量分配律：

第一章、流体流动四、水力计算的两种基本类型1、设计计算已知管路布置、局部构件、用户所需流量，求管径d和压头H,选择风机或泵。先确定合理流速u——确定管径d——计算压头H.(反算)。2、校核计算已知泵、风机（压头H），用户所需流量，管路布置，求管径d，流速u。J=H/(l-l’)J=(λ/d)*u2/2gu=Q/(πd2/4)五、复杂管路1、支状管路

H=hf1-4-5+hf5-6+hf7-8Q=Q1+Q2+Q3第一章、流体流动2、环状管路（举例）∑Q任意节点=0∑h任意回路=0将管网分成若干环路，按节点流量平衡确定Q，选定合理流速u，计算管径d。对每一环路计算hfi(一般逆时针为正、顺时针为负)，求∑hfi第一章、流体流动根据上面给定的流量Q，若计算出来∑hfi不为0，则每段管路应加校正流量ΔQ，以及阻力修正值ΔhfiΔQ=-∑hfi/2∑（hfi/Qi）用同样程序，计算第二次Q2、第三次Q3……、直至∑h任意回路=0满足工程精度。第一章、流体流动第六节、流量的测定一、皮托管第一章、流体流动二、孔板流量计第一章、流体流动第一章、流体流动第一章、流体流动三、文丘里管第一章、流体流动四、转子流量计五、湿式气体流量计第一章、流体流动第二章流体输送机械第一节、概述1、液体输送机械：泵按原理分类；离心式、往复式、齿轮式、漩涡式等。按功能分类：清水泵、油泵、杂质泵、耐腐蚀泵、潜水泵、泥浆泵等。2、气体输送机械：风机、压缩机、真空泵风机：按原理分类；离心式、轴流式、旋转式等。按功能分类；抽风机、鼓风机等。第二节离心泵一、结构及工作原理二、离心泵的主要部件1、叶轮：

开式叶轮、半开式叶轮、闭式叶轮第二章流体输送机械2、泵壳第二章流体输送机械三、主要性能参数1、流量：单位时间内泵所输送的流体体积。M3/s2、扬程：指单位重量的流体流经泵所获得的能量。J/N=m第二章流体输送机械3、功率输入功率：电机传给泵轴的功率。有效功率：单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。

功率损失：水力损失、容积损失、机械损失。4、效率：有效功率与轴功率之比。

一般为0.6~0.65、大型泵0.9第二章流体输送机械四、离心泵的特性曲线1、特性曲线：离心泵的扬程、功率、效率与流量之间的关系曲线。

H-Q曲线：Q上升、H下降

N-Q曲线：Q上升、N上升

η-Q曲线：开始Q上升、η上升，至最高点；Q上升、

η下降。第二章流体输送机械第二章流体输送机械2、特性曲线的影响因素转速的影响：对同型号、同一种液体、效率不变。Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2N1/N2=(n1/n2)3——比例定律泵的转速变化<20%，效率基本不变。叶轮直径的影响：

——切割定律第二章流体输送机械粘度的影响：粘度大、流量、扬程减小、轴功率增大、效率下降。密度的影响：同种流体，密度变、扬程、流量不变。五、离心泵的工作点与流量调节1、管路特性曲线（阻力曲线）

H=H0+kQ2

管路特性方程

Δz、Δp两截面的位置差和压差管路特性系数（管阻）第二章流体输送机械2、工况点：离心泵特性曲线与管路特性曲线的交点。

3、流量调节改变阀门开度改变泵的转速切割叶轮外径第二章流体输送机械第二章流体输送机械六、离心泵的串、并联操作1、并联操作：两台泵的扬程相同、总流量为每台泵的流量之和（理论上）。实际如图：p712-11第二章流体输送机械2、串联操作：两台泵的流量相同、总扬程为每台泵的扬程之和（理论上）。实际如图：p712-12第二章流体输送机械七、离心泵的汽蚀现象与安装高度1、汽蚀现象：第二章流体输送机械2、汽蚀余量有效汽蚀余量：泵入口处压头与该点温度下流体饱和蒸汽压之差。mmH2o必需汽蚀余量：泵入口处至叶轮内压力最低点处的压头损失Δhr，Δhr越小越不容易发生汽蚀。允许汽蚀余量Δh：Δh=Δhr+0.3第二章流体输送机械3、汽蚀条件判断：Δha>Δhr

不汽蚀Δha=Δhr

开始发生汽蚀Δha<Δhr

严重汽蚀第二章流体输送机械4、离心泵的最大安装高度安装高度：最大安装高度：即当有效汽蚀余量Δha减小到允许汽蚀余量Δh时，开始发生汽蚀的安装高度。第二章流体输送机械八、离心泵的类型与选型（举例）1、离心泵的类型清水泵（IS型单级单吸）：IS50-32-250IS：单级单吸50：泵入口直径mm32：出口直径mm250：泵叶轮直径mm2、选型确定输送系统的流量与压头选择泵的类型与型号校核泵的特性参数第二章流体输送机械第三节、其它类型化工泵第二章流体输送机械第四节、气体输送机械一、气体输送机械的分类通风机、鼓风机、压缩机、真空泵二、离心式通风机（多翼式、涡轮式）1、工作原理与基本结构2、性能参数：流量、风压、功率、效率风压：单位体积气体流经风机后获得的总机械能。风压的数学表达式：2-202-21第二章流体输送机械第二章流体输送机械全压pt、静压ps、动压pd的概念与关系：全压=静压+动压(对风机为出口动压)

pt=ps+pd全风压与扬程的关系：pt=ρgH管道内的静压与全压图第二章流体输送机械

轴功率与效率轴功率：电机输入功率。有效功率：风机输出功率。wK效率：全压效率

静压效率第二章流体输送机械3、风机特性曲线：Q—pQ—NQ—η曲线三、离心式风机串并联运行四、离心式风机命名方法1、用途代号排尘：C防爆：B防腐：F冷却：LE工业炉吹风：L通风：T耐温：W第二章流体输送机械2、举例T4-72-11NO10c右900T：普通离心通风机4：全压系数0.472：比转速1：进口吸入形式1：设计序号NO10：机号（叶轮外径）1mC：传动方式右：叶轮旋转方向900：出风口位置第二章流体输送机械五、离心泵与离心风机的故障分析1、离心泵不出水和水量不足：a、充水不足，进风管路漏气，堵塞。b、总扬程超过规定。c、转速太低，电机配置不当。d、吸水高度安装太大。第二章流体输送机械耗用功率太大：a、泵轴弯曲，轴承磨损。b、流量及扬程超过规范。c、直联传动轴心不准，皮带传动过紧。d、叶轮螺母松动，叶轮与泵壳摩擦。噪声、振动：a、基础螺母松动。b、叶轮损坏，局部堵塞。c、传动联结不佳。d、泵轴弯曲、叶轮平衡性不佳。第二章流体输送机械2、风机压头偏高，流量减少：a、进出管路、风门堵塞。b、气体成分改变，密度增加（温度过低）。压头偏低，流量增大：a、温度过高，密度减小。b、进风管破损，法兰不严（短路）。风机不规则振动：a、联结轴、皮带轮安装不紧，松动。b、基础灌浆不良，地脚螺丝松动。c、与风机相联管路未加支撑，支撑固定不佳。第二章流体输送机械第三章、沉降与过滤第一节、概述一、非均相物系的分离1、非均相物系2、分散物质（分散相）3、分散介质（连续相）4、分散的目的：回收物质、净化物质、环保的需要。5、常用分离方法：重力沉降、离心沉降、过滤。二、颗粒与流体相对运动所受阻力1、相对运动速度不同，流体对颗粒阻力不一样。2、阻力计算ξ：无因次阻力系数第三章、沉降与过滤计算式3-33-43-5第三章、沉降与过滤第二节、重力沉降一、沉降速度1、球形颗粒的自由沉降单个颗粒或颗粒群分散较好而不相互影响（不接触、碰撞）的沉降。

2、沉降速度的计算颗粒受重力（3-6）、浮力（3-7）、阻力（3-8）作用第三章、沉降与过滤第一阶段：加速运动。加速运动时速度不断增加，阻力不断增大，du/dτ不断降低，当

du/dτ=0时，进入第二阶段。第二阶段：匀速阶段。颗粒的运动速度ut称沉降速度

或终端速度。沉降速度：第三章、沉降与过滤对球形颗粒：层流区：Re<2斯托克斯定律过渡区：2<Re<5003-13紊流区：500<Re<2*1053-143、影响沉降速度的其他因素颗粒形状壁效应干扰沉降第三章、沉降与过滤4、降尘室类型：水平流动型；上升流动型沉降原理颗粒分离条件：停留时间>沉降时间L/u>H/ut第三章、沉降与过滤临界粒径dpc：重力沉降室能100%除去的最小粒径。临界沉降速度：临界粒径颗粒的沉降速度utc第三章、沉降与过滤沉降速度小（斯托克斯区）：临界粒径3-17应用举例：例3-2第三章、沉降与过滤第三章、沉降与过滤5、悬浮液的沉聚增稠器絮凝剂第三章、沉降与过滤第三节、离心沉降一、离心分离因素颗粒所受离心力与重力之比Kc，表示离心力大小指标。——3-19第三章、沉降与过滤二、离心沉降速度1、定义：颗粒在径向上相对流体的运动速度。2、计算公式

3、处于斯托克斯区时：

3-20

3-20——3-21第三章、沉降与过滤三、旋风分离器1、构造与操作原理2、临界粒径3-253、压力损失3-263-274、应用举例：例3-3第三章、沉降与过滤第三章、沉降与过滤四、旋液分离器1、构造与操作原理2、作用：使液体增稠；颗粒分级第三章、沉降与过滤五、沉降式离心机1、管式离心机工作原理沉降时间停留时间悬浮液处理量第三章、沉降与过滤第三章、沉降与过滤对应dp粒径悬浮液处理量：对应dpc（临界粒经）粒径悬浮液处理量：

2、碟式离心机3、螺旋式离心机第三章、沉降与过滤第四节、过滤一、悬浮液的过滤1、基本概念过滤滤浆或料浆：悬浮液过虑介质滤饼（滤渣）滤液2、两种过滤方式深层过滤：含义：悬浮液中颗粒少，含量少，用较厚粒状床层做过滤介质。特点：静电及分子力作用附着在孔道壁上；床层上没有滤饼形成。第三章、沉降与过滤滤饼过滤：含义、液体通过过滤介质而颗粒沉积在过滤介质表面上、有滤饼形成。特点：颗粒“架桥现象”；悬浮液中颗粒含量多。第三章、沉降与过滤3、过滤介质织物介质：棉、麻、丝堆积的粒状介质：砂、木炭、砾石多孔性介质：陶瓷、塑料4、助滤剂作用：增加过滤空隙。种类：硅藻土、珍珠岩、石棉、炭粉。用法：a、先配置悬浮液；b、直接加入助滤剂第三章、沉降与过滤5、固体量、滤液量与滤渣量的关系参数表项目质量密度固体1ρp湿滤渣cρc湿滤渣含液量c-1ρ第三章、沉降与过滤体积关系

w的计算kg（干渣）/m3（滤液）w：单位体积滤液相对应的固体质量，（kg/m3滤液）X：单位质量悬浮液所含固体质量，（kg干渣/kg滤液）CX：单位质量悬浮液中的湿滤渣质量1-CX：单位质量悬浮液所得到的滤液质量应用举例：例3-5第三章、沉降与过滤二、过滤速率基本方程式1、过滤速率：单位时间滤过的滤液体积。M3/s2、过滤速度：单位过滤面积的过滤速率。M/s3、速率方程过滤速度=过滤推动力/过滤阻力过滤推动力：ΔP=ΔPc+ΔPm

过滤阻力：滤饼阻力+过滤介质阻力第三章、沉降与过滤第三章、沉降与过滤层流过滤：由哈根—泊素叶方程得

3-35过滤速度与两侧压差ΔPc成正比，与滤饼厚度、粘度成反比。过滤推动力：ΔP=ΔPc+ΔPm过滤阻力：滤饼阻力+过滤介质阻力=Rc+Rm

=rμω(V+Ve)/A速率方程：3-38

第三章、沉降与过滤三、恒压过滤（举例）1、恒压过滤时v与τ

的关系2、恒压过滤方程

ΔP为常数，一定的悬浮液和过滤介质μ、r、w、ve均为常数。第三章、沉降与过滤V2+2vve=kA2τQ2+2qqe=kτ恒压过滤方程第三章、沉降与过滤3、常数测定改写：与q具有线性关系，可实验测得，作图求k、qe四、过滤设备1、板框压滤机第三章、沉降与过滤第三章、沉降与过滤第三章、沉降与过滤2、转筒真空过滤机生产能力：过滤机单位时间获得的滤液量Q。浸液率

φ=转筒浸液面积/转筒总面积=浸液角度/3600有效过滤时间：Q的计算若忽略qe

第三章、沉降与过滤第四章、传热第一节、概述一、传热过程在化工生产中的应用1、需要进行热量传递的，要求设备传热效率高。2、需要保温隔热的二、热量传递的基本型式1、热传导：物体内部或两个直接接触的物体之间的传热。2、热对流：在流体中，冷、热不同部位的流体质点做宏观移动将热量从高温处传到低温处的现象。3、热辐射：物体因自身温度的原因激发产生电磁波，向空中传播的现象。波长0.38~100μm，属可见光、红外线。实际传热中，三种传热方式或单独或同时存在。三、流体通过间壁换热与传热速率方程1、间壁式换热器：冷、热流体的热交换。2、传热速率与热流密度传热速率（热流量）：指单位时间内通过传热面的热量用Q表示，单位w或J/s。第四章、传热热流密度（热通量）:

指单位时间内通过单位面积的传热量用q表示，单位w/m2。二者关系：q=Q/A3、稳态传热与非稳态传热第四章、传热4、两流体通过间壁的传热过程对流—导热—对流，三个串联过程。第四章、传热5、传热速率方程传热推动力—温度Δtm稳态：=推动力/热阻K：比例系数，总传热系数，w/m2.k第四章、传热第二节、热传导一、傅立叶定律1、温度场与温度梯度温度场：某瞬时物体内各点的温度分布。等温面、等温线第四章、传热温度梯度：等温面法线方向上的温度变化率（最大）。+指温度增加-指温度减小+-2、傅立叶定律Q：热流量（w）q：热通量(w/m2)第四章、传热3、导热系数λw/m.0C温度梯度为10C/m，单位时间通过单位面积的热量，表示物体导热能力的大小。第四章、传热一般规律（大小排序）:纯金属—合金—建筑材料—液体—绝热材料—气体金属—非金属固态—液态—气态固体（银427）；液态（水0.6）；气态（氢0.6）

——最大第四章、传热第四章、传热二、平壁稳态传热1、单层平壁稳态传热

=传热推动力/热阻传热推动力：t1-t2

热阻:b/λA

热通量（热流密度）:q=Q/A=第四章、传热2、多层平壁稳态传热（举例）传热特点：Q=Q1=Q2=Q3=Δt=Δt1+Δt2+Δt3=t1-t4R=R1+R2+R3第四章、传热三、圆筒壁的稳态传热（t只沿r变化）1、单层热流量计算式：热通量：

Q与r无关；q与r有关。

工程上习惯用单位长度的热流量：

第四章、传热公式推导：第四章、传热对照4-84-9得：圆筒壁内温度分布是一对数曲线。Q也可改写成单层平壁热传导形式：4-11式第四章、传热第四章、传热2、多层（三层为例）（举例）Q=Q1=Q2=Q34-12第四章、传热第四章、传热第三节、对流传热一、对流传热方程与对流传热系数1、传热过程层流底层：热传导，热阻较大过渡区：热传导+对流紊流区：热对流第四章、传热2、传热推动力：热流体：湍流主体最高温、壁面温度Tw；冷流体：壁面温度tw，湍流主体最低温。3、对流传热的膜理论模型：p122

假设把过渡区和湍流主体热阻全部叠加到层流底层，构成一厚度为的流体膜（有效膜）,膜内为层流、膜外为湍流，所有热阻集中在有效膜内。这一传热模型称为…..。第四章、传热4、对流传热方程

α：对流传热系数第四章、传热二、影响对流传热系数的因素1、流体的物理性质：密度、比热容、导热系数、粘度、膨胀系数2、流体对流起因：强制对流、自然对流3、流体流动状态：层流、湍流4、流体的相态变化：沸腾、冷凝5、传热面的形状：特性尺寸第四章、传热三、量纲分析与相似准数1、准数的符号及意义2、准数使用的条件第四章、传热——无相变、对流传热准数关联式一般形式第四章、传热四、流体无相变时对流传热系数的经验关联式1、流体在管内强制对流传热（举例）圆形直管强制湍流时的对流传热系数a、低粘度流体：4-184-19第四章、传热b、高粘度流体：c、短管（l/d<60）第四章、传热d、弯管圆形直管内过渡流时的对流传热系数（举例）：4-21第四章、传热圆形直管内强制层流时的对流传热系数（举例）：4-22第四章、传热流体在非圆管内强制对流时的对流传热系数2、流体在管外强制对流传热第四章、传热第四章、传热3、大空间自然对流传热第四章、传热4、选用对流传热系数关联式的注意事项：P134五、流体有相变时的对流传热（略）第四章、传热第五节、传热计算一、热量衡算1、原理：单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。第四章、传热2、计算公式:：

4—344-35第四章、传热二、传热平均温度差1、恒温传热：蒸汽冷凝、液体沸腾冷凝、沸腾温度恒定2、变温传热（列管式换热器）一侧变温传热、两侧变温传热第四章、传热换热器中流体流动的方式：逆流、并流、错流、折流第四章、传热3、平均温度差Δtm（举例）为什么提出平均温度差：a、找出传热推动力。b、便于将热量计算式写成传热基本方程的形式

Q=KAΔtm第四章、传热平均温度差的推导第四章、传热第四章、传热第四章、传热第四章、传热对数平均温度差的计算：

通常Δt1为较大者；Δt2为较小者3、折流、错流平均温度差的校核：4-40第四章、传热第四章、传热第四章、传热第四章、传热三、总传热系数（举例)1、总传热系数计算式的推导(a)(b)(c)第四章、传热4-41第四章、传热4-41a4-41b第四章、传热4-41c第四章、传热注意：4-41a式：对应传热面积为A14-41b式：对应传热面积为A24-41c式：对应传热面积为Am2、污垢热阻4-423、平壁与薄壁管传热系数：4-43式4-44式4、换热器总传热系数的经验值第四章、传热第四章、传热四、壁温计算1、思路：热量从热流体通过间壁传给冷流体，两侧流体对壁面对流传热及间壁的导热速率，在稳态条件下必相等。2、计算式：4-45式4-46考虑壁面污垢第四章、传热五、传热计算示例1、计算式Q=传热推动力/热阻传热基本方程：Q=KAΔtm平均温度差（间壁传热推动力）：总传热系数：（A1为基准面）第四章、传热热量衡算：热传导方程：

对流传热方程：对流传热系数的计算：4-18（4-19）4-202、举例第四章、传热第五节、热辐射一、基本概念1、热辐射：由物体温度所引起的热射线的传播过程。2、吸收率：A=QA/Q3、反射率：R=QR/Q4、透射率：D=QD/Q注意：QA+QR+QD=QQA/Q+QR/Q+QD/Q=15、黑体、白体、灰体黑体：QA=1白体：QR=1灰体：对各种波长辐射具有相同吸收率的理想化物体。第四章、传热二、物体的辐射能力、斯蒂芬-波尔兹曼定律1、辐射能力：物体在一定温度下单位时间、单位面积所发射的全部波长的总能量。E表示，w/m22、斯蒂芬-波尔兹曼定律（黑体）3、实际物体的辐射能力（黑度）

灰体：对各种波长辐射能具有相同吸收率的理想化物体。大多数工程材料对波长0.76~20微米的辐射能吸收率相同。第四章、传热C：灰体的辐射系数三、克希霍夫定律四、两固体间的相互辐射1、高温物体1传给低温物体2的热量2、工业上常遇见的几种辐射情况：p151五、设备热损失的计算（略）第四章、传热第六节、换热器一、换热器的分类1、按用途分类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器2、按传递方式分类：间壁式换热器直接接触式换热器蓄热式换热器第四章、传热二、间壁式换热器1、夹套式换热器第四章、传热2、套管式换热器第四章、传热3、蛇管式换热器第四章、传热4、板式换热器第四章、传热5、板翘式换热器第四章、传热6、螺旋板式换热器

第四章、传热7、空冷式换热器第四章、传热8、热管第四章、传热9、列管式换热器第四章、传热第四章、传热第四章、传热三、列管式换热器选用计算问题1、流体流经管程、壳程的选择原则：P160第四章、传热2、流体流速的选择：P160第四章、传热3、换热管规格和排列方式：P1614、折流挡板及对流换热系数的计算：P162第四章、传热四、系列标准换热器的选用步骤1、了解传热任务、掌握工艺特点与基本数据冷、热流体的流量，进、出口温度，操作压力等。冷、热流体的工艺特点，如腐蚀性、悬浮物等冷、热流体的物性参数，如密度、粘度、比热容、导热系数。第四章、传热2、选用计算内容与步骤计算热负荷。计算平均温度差，一般按单壳程多管程计算。预选总传热系数，估算传热面积。预选管径，管内流速，求管子根数，长度，预选换热器。校核计算。第四章、传热五、加热介质与冷却介质1、载热体的选择原则：P1652、工业上常用的载热体：P165六、传热过程的强化第四章、传热第四章、传热

第一节、概述一、基本概念1、传质过程：物质在相间的转移过程。2、吸收与解吸3、溶质与溶剂二、吸收的分类1、物理吸收、化学吸收2、单组分吸收、多组分吸收3、等温吸收、非等温吸收三、吸收的目的1、回收混合气体中的有用物质2、净化有毒有害气体3、制取液体产品四、吸收操作应解决的问题1、选择合适的溶剂2、提供传质设备以供气液两相接触3、溶剂的再生五、吸收剂性能六、吸收设备1、板式塔2、填料塔第二节、吸收过程的气液平衡一、气体在液相中的平衡溶解度1、气体在液相中的溶解过程物理吸收化学吸收2、溶解度（平衡溶解度）的概念溶解度是温度、总压和气相组分的函数，常压下、温度一定，溶解度是气相组分的函数，可表示如下：若以组分A在液相中的浓度为自变量特点示例二、亨利定律1、亨利定律的含义2、亨利定律的适用范围3、亨利定律的三种表示方法7—12式7—13式7—14式E：亨利系数H：溶解度系数m：相平衡常数4、亨利定律各系数之间的关系：p242三、相平衡与吸收过程的关系第三节、气体扩散一、分子扩散与费克定律二、气体在气相中的扩散（等mol逆向扩散）条件：等温、总压相等。三、双组分A、B混合气体在液相中的扩散条件：组分A溶于液相；组分B不溶于液相——单向扩散传质速率方程四、扩散系数物质的物性常数之一，表示物质的扩散能力大小。第四节、气体吸收一、单向内的对流传质1、条件：流体与某一界面之间的传质，右分子扩散、也有湍流扩散。2、有效膜模型二、气相传质速率方程kG三、液相传质速率方程四、双膜理论气液两相接触，在相界面存在气、液两个层流流动的稳定膜层。相界面上气液两相互成平衡。吸收主要在膜层内进行，浓度梯度主要集中在两个膜层内。五、总传质速率方程1、总传质速率方程KG：以气相推动力为基准的总传质系数

KL：以液相推动力为基准的总传质系数2、总传质系数与气膜、液膜传质系数的关系在稳态传质过程中：同理：两边同乘以H得两阻力系数的关系：KG=HKL3、气、液两相界面浓度作图法由气、液相传质速率方程：解析法因界面上ci与pi成平衡关系,由亨利定律

pi=ci/H联立下式求解4、气膜控制与液膜控制当溶质溶解度很大时，传质阻力集中于气膜，为气膜控制。KG=kG溶质溶解度很小时，传质阻力集中于液膜，为液膜控制。

KL=kL六、传质速率方程的各种形式七、吸收塔的计算1、概述低浓度气体吸收、逆流操作。等温、传质分系数、传质总系数为常数。任务：吸收剂用量、填料层高度和塔径的计算。2、物料恒算与操作线方程操作线方程：描述塔内任意截面上气液两相浓度之间的关系。V、L：通过吸收塔的惰性气体流量和溶剂流量，kmol/sY1、X1：分别为塔底（浓端）气相和液相的摩尔比。Y2、X2：分别为塔顶（稀端）气相和液相的摩尔比。Y、X：分别为塔内任意截面气相和液相的摩尔比。操作线方程：A：顶端（稀端）B：底端（浓端）为什么操作线在平衡线上方？全塔物料恒算全塔物料恒算式：对低浓度气体：X=xY=y操作线方程：3、吸收剂用量与最小液气比吸收率（回收率）液气比：吸收单位气体所耗用的液体量。最小液气比吸收塔的最小液气比对应图a的最小液气比：对应图b的最小液气比：适宜的液气比：例、矿石焙烧炉气体含SO29%（体积分数、温度200C），其余可看成惰性气体（与空气性质相同）。炉气流量1000m3/h，气温200C，要求SO2回收率为90%，吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作条件为压力101.325kpa，温度200C，在此条件下SO2的溶解度见图，若吸收剂入塔组成X2=0.0003时，求（1）吸收剂用量（kg/h），离塔溶液组成X1；（2）吸收剂为清水（X2=0），回收率不变，离塔溶液组成X1为多少？此时吸收剂用量比（1）项用量多还是少？4、填料层高度的计算填料层高度的基本计算公式推导——体积传质系数，kmol/m3.s对稳态吸收，VL及塔的横截面积均为定值；体积传质系数全塔也可看成常数。—X填料层高度计算的基本公式：传质单元高度与传质单元数将基本公式写成如下形式：物理含义：传质单元数的大小反映了传质的难易程度。传质单元高度可视为传质阻力。注：各种传质单元高度之间的关系见:P197传质单元数的计算

(1)对数平均推动力法（平衡线为直线）平衡线为直线、操作线为直线，则任意截面上的推动力为直线与Y也呈直线关系。气相对数平均推动力(2)吸收因数法平衡线为直线：(3)图解积分与数值积分平衡线为曲线：）5、吸收塔操作计算操作线方程气、液相平衡关系传质速率方程填料层高度计算式八、填料塔1、结构与特性填料个数比表面积空隙率干填料因子与湿填料因子2、填料塔内气液两相流动特性气体通过填料的压力降空塔气速、、喷淋密度、液泛气速、液泛点、载点空塔气速：气体通过整个塔截面时的速度。喷淋密度：单位面积、单位时间液体的喷淋量。压降与液泛气速的确定3、塔径的计算园整最小喷淋密度4、填料塔附件支撑装置液体分布装置液体再布器九、化学吸收的气液平衡关系（补充）1、化学吸收的基本概念2、相平衡与化学平衡的关系相平衡与化学平衡的吸收关系结论：浓度[A]低于组分A在液相中的总浓度，因此，在HA相同时，气体A在液面上的平衡压力较A

仅被物理吸收时低，因而相应的提高了吸收率。被吸收组分与吸收剂相互作用

6—10式6—12式被吸收组分与吸收剂中的活性组分相互作用

6—14式十、伴有化学反应的吸收动力学一、双膜理论1、气液两相间物质传递过程的理论，即适合于物理吸收、也适合于气液相反应。2、基本论点存在相界面，分气膜、液膜，膜内均为层流态。被吸收组分从气态转为液态有五步过程P298。气液两相主体中不存在浓度梯度，扩散阻力忽略不计。无论气液两相主体中是否达到平衡，在相界面处，被吸收组分被认为在两相间已达到平衡。两层膜极薄，膜中没有吸收组分的积累，吸收过程看作气液膜的均匀扩散。3、总传质速率方程速率方程总传质系数与分传质系数的关系

6—19式6—20式结论：a、易溶气体的传质属气膜控制。

b、难溶气体的传质属液膜控制。

c、中等溶解度的气体，气膜、液膜阻力属同一数量级。各种系统的控制膜实例P301。二、化学吸收过程的传质速率1、传质速率表达式气相一侧：液相一侧：2、增强系数α：

有化学反应时液相传质分系数kL’与物理吸收的kL之比。3、增强系数与扩算系数、反映速率的关系

菲克第二扩散定理：6—22（23）反应动力学方程式：6—24

基于双膜理论的化学吸收（二级反应）：

R=A在液膜内的反应速率/A通过液膜的扩算速率

M=B在液膜内的扩散速率/A在液膜内的扩算速率慢速反应R<<1(R<0.5)：当作物理吸收处理。快速反应M>>R>>1(M>5,R>2)：P304极快速反应R>>M(R>5M)：P304三、各类化学吸收的速率方程1、快速（含极快速）不可逆化学反应：增强的液相传质分系数kL’：传质速率方程：极快速反应：2、慢速化学反应的吸收过程第一节、概述、1、蒸馏、精馏的含义2、轻组分、重组分；低沸点组分、高沸点组分；易挥发组分、挥发组分。3、简单蒸馏、平衡蒸馏；常压、加压、减压蒸馏。4、双组分、多组分蒸馏。5、连续精馏、间歇精馏。6、常压双组分连续精馏。第二节、双组分溶液的汽液相平衡一、溶液的蒸气压及拉乌尔定律1、汽液平衡及饱和蒸气压2、理想溶液、非理想溶液3、拉乌尔定律：二、温度—组成图（t-y-x图）1、液相线（泡点线）汽相线（露点线）2、液相区、过热蒸气区、汽液共存区三、汽—液相平衡图（y—x图）表示在一定压力下，汽相组成y和与之平衡的液相组成之间的关系。平衡时汽相中易挥发组分浓度总是大于液相的，故平衡线位于y=x的上方。四、双组分非理想溶液五、挥发度及相对挥发度1、挥发度：汽相中组分A的分压PA与其平衡的液相中的摩尔分数之比。2、相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比。压力不太高、汽相服从道尔顿定律3、汽液相平衡方程式：6-10第三节、蒸馏与精馏原理一、简单蒸馏与平衡蒸馏1、简单蒸馏原理2、平衡蒸馏原理二、精馏原理1、多次部分汽化与部分冷凝2、塔板的作用3、精馏塔的分离过程塔顶产品（馏出液）、塔底产品（釜液）精馏段、提馏段、加料板。回流第四节、双组分连续精馏塔的计算（设计）计算任务：馏出液釜液流量板塔数填料高度进料口位置塔高、塔径一、全塔物料恒算1、恒算公式6-116-122、回收率的概念二、理论板塔的概念、恒摩尔流假设1、理论板的概念概念：指离开该塔板的蒸汽和液体成平衡的塔板。操作关系：任意板下降液体组成xn与下一板上升蒸汽组成yn+1之间的关系。2、恒摩尔流假设三、操作线方程（泡点进料）1、精馏段操作线方程（举例）2、提馏段操作线方程3、回流比4、全凝器、全沸器四、理论板数的确定1、逐板计算法溜出液组成与第一块板蒸汽组成相等：y1=xD由相平衡方程求得x1由操作线方程求y2直到：xn<xF(精馏段)xm<xW(提馏段)2、图解法直角梯级法、Mccabe与Thiele提出：M—T法精馏段操作线的做法提馏段操作线的做法图解法求理论板的步骤：P234五、进料热状态的影响、q线方程1、进料热状态与热状态参数5种热状态热状态参数q不同进料状态的q值及汽液关系2、q线方程（进料方程）3、提馏段操作线的做法4、进料热状态的影响条件：塔顶、塔底产量和组成相同；塔顶、塔底产品带出的热量QD、QW相同。q减小、冷料改为泡点或汽相进料，进料带热增加。若Qc不变、QB减少，蒸汽量减小，塔板数增加。若QB不变、Qc增大，回流比增大，塔板数减少。六、回流比的影响及选择（泡点回流）1、问题的