化工原理复习总结

流体：密度单位体积流体的质量比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数V=V/m=1/混合物静力学基本方程液封，确保设备安全：当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出；防止气柜内气体泄漏高度h=P(表)/体积流量Vs质量流量msms=Vs流速u质量流速G流速选择管径定态流动,管路中流体无增加和损失即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。定态流动能量衡算:内能U,位能zg,动能1/2u2静压能Fl=PV1kgP/热qe外功We实际流体的机械能衡算以单位质量：不可压缩无热交换温度不变设1kg流体损失的能量为ΣWf单位（J/kg）以单位重量，同除g单位是m令位压头动压头静压头外加压头压头损失以单位体积同乘以=压力损失理想衡算，流动中没有摩擦阻力有效功率Ne=msWe轴功率N=Ne/ƞ牛顿粘性定律µ：Pa*s内摩擦力剪应力法相速度梯度1/s粘度：流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力液体T↑→m↓一般气体T↑→m↑超高压气体p↑→m↑粘度cP(厘泊）1cP＝10-3Pa·s动力粘度m2/s雷诺数Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志着流体流动的湍动程度Re≤2000时，流动为层流（滞流），此区称为层流区Re≥4000时，一般出现湍流（紊流），此区称为湍流区2000<Re<4000时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，即流速降为主体流速的99％以内的区域。边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离边界层区考虑粘度和剪应力，主流区可视为理想流体层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型转为湍流Re越大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄层流内层为传递过程的主要阻力边界层分离的必要条件：流体具有粘性；流动过程中存在逆压梯度边界层分离的后果：产生大量旋涡；造成较大的能量损失直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。阻力的表现形式：流体的流动阻力表现为静压能的减少，水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差皮托管测量流体的点速度，可测速度孔板流量计的测量范围受U形压差计量程决定。安装在稳定流段，上游l>10d，下游l>5d；结构简单，制造与安装方便；能量损失较大文丘里流量计属差压式流量计，能量损失小，造价高转子流量计：永远垂直安装，且下进、上出，安装支路，以便于检修。读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测量精度较高；（3）玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过程中玻璃容易破碎直管定态流动：推动力=摩擦力=损失的能量=令，则（范宁公式）压头损失压力损失层流，成正比。与无关，只与Re有关湍流，λ与Re无关，只与有关湍流光管Re＝5×103～105绝对粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度相对粗糙度/d：绝对粗糙度与管内径的比值局部阻力：阻力系数法ζ——局部阻力系数，J/kg，J/N=m1、突然扩大：2、突然缩小：3、管进出口：ζ进口=0.5进口阻力系数ζ出口=1出口阻力系数4、管件与阀门当量长度法，将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为Le的直管所产生的阻力Le——管件或阀门的当量长度，m总阻力，减少流动阻力的途径：管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；尽量不安装不必要的管件和阀门等；管径适当大些简单管路（1）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变(2)整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和设计型计算：设计要求：规定输液量Vs，确定一经济的管径及供液点提供的位能z1(或静压能p1)。给定条件：（1）供液与需液点的距离，即管长l；（2）管道材料与管件的配置，即e及Σξ;(3)需液点的位置z2及压力p2；(4)输送机械We。选择适宜流速，确定经济管径操作型计算，已知：管子d、e、l，管件和阀门，供液点z1、p1，需液点的z2、p2，输送机械We；求：流体的流速u及供液量VS已知：管子d、el、管件和阀门、流量Vs等，求：供液点的位置z1；或供液点的压力p1；或输送机械有效功We阀关小，阀门局部阻力系数z↑→Wf,A-B↑→流速u↓→即流量↓；复杂管路：并联，主管中的流量为并联的各支路流量之和并联管路中各支路的能量损失均相等计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即可，不能重复计算支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小分支汇合，主管中的流量为各支路流量之和流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等汽蚀现象：液相中生成大量小气泡且随液体流经叶轮而压强急剧升高而迅速消失。消失时，四周的液体涌向原气泡空间而相互撞击，可发生几百大气压的局部压强，平率高达每秒数千次。水击作用在叶片表面，使金属疲劳，金属晶粒剥落而腐蚀。原因，安装高度太高，被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路阻力或压头损失太高流体输送机械按结构和运行方式分：离心式，旋转式，往复式，流体作用式离心泵：叶轮叶片泵壳汲水管压水管调节阀叶轮：敞式半蔽式蔽式（有前后盖板）叶轮内液体的修正压强随旋转半径的增大而增大泵壳引水道截面沿叶轮转向组建扩大，因为该通道要接纳从叶轮外边缘处射流出的液体，要满足流量增大但流速不增大的最低要求，并且要求液体流速进一步降低，使动能转变为静压能，以提高泵出口处液体的静压强吸上原理与气缚现象，叶轮中心低压的形成—液体高速离开，Dpµr，泵内有气，则r¯泵入口压力­液体不能吸上——气缚启动前灌泵平衡孔可以消除轴向推力，导轮可以减少能量损失离心泵性能曲线分析有效功率Q体积流量V效率ƞ小于1，有容积损失，水力损失，机械损失离心泵的实际压头要比理论压头小，流体流经离心泵的泵体时，会有环流损失，摩擦损失，冲击损失1、H~Q曲线，Q­，H¯。Q很小时可能例外2、N~Q曲线：Q­，N­大流量®大电机关闭出口阀启动泵，启动电流最小3、h~Q曲线：小Q­，h­；大Q­，h¯、®hmax影响因素:1流体的性质,（H，Q，h）与r无关r­,(N、Ne)­m­，（H，Q，h）¯N­2转速-比例定律n±20%以内3叶轮直径-切割定律D-5%以内流量调节：关小出口阀®åle­®管特线变陡®工作点左上移®H­，Q¯，开大时相反n­®泵H~Q曲线上移®工作点右上移，H­，Q­离心式风机的结构特点：1叶轮直径较大—适应大风量2叶片数较多，3叶片有平直、前弯、后弯，不求高效率时——前弯4机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为为矩形离心泵的安装高度：液面到泵入口处的垂直距离HgP1入口处P0液面Hg­，则p1¯当p1<pv，会发生气蚀。现象有：泵体振动并发出噪音，H,Q¯¯,严重时不送液时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片确定气蚀余量Pv是液体的饱和蒸汽压安全余量e=0.3有效汽蚀余量有效允许必须由Δh计算允许安装高度HgmaxHgmax大小~Q。Q­，则Hgmax¯，保险­安装泵时为保险，Hg比Hgmax还要小0.5至1米离心泵的类型：清水泵，耐腐蚀泵，油泵，杂质泵单双吸泵单多级泵离心泵的选用1根据液体的性质确定类型2，确定管路流量和所需外加压头。Q¬生产任务，H¬管路的特性方程3根据所需Q和H确定泵的型号，离心泵的安装：安装高度应小于允许安装高度2尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调节阀应装于出口管路操作：启动前应灌泵，并排气。应在出口阀关闭的情况下启动泵。停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。经常检查轴封情况颗粒沉降受力重力离心力重力沉降速度u0重力-浮力-阻力=颗粒质量×加速度u­，阻力­，加速度¯加速度=0时，u=u0——沉降速度离心沉降速度实际速度的径向分量轨迹为逐渐扩大的螺旋线层流区：不发生边界层分离，表皮阻力占主导地位过渡区：开始边界层分离湍流区形体阻力占主导地位阻力µu2阻力系数与Re0无关降尘室工作原理：气体入室®减速颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间<气体停留时间®分离d­，容易除去气量V¯，容易除去最大处理量Vmax~(100%去除的)d,A0，与H无关过滤原理固液混合外力驱动多孔介质颗粒截留液体通过洗涤——回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质介质：织物介质堆积介质多孔固体介质多孔膜板框式压滤机滤浆由总管入框®框内形成滤饼®滤液穿过饼和布®经每板上旋塞排出(明流)®从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)横贯洗涤洗涤液由总管入板®滤布®滤饼®滤布®非洗涤板®排出洗涤面=(1/2)过滤面积置换洗涤洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面恒压过滤方程式——过滤常数（m2/s）（）过滤操作周期总时间过滤时间洗涤时间卸渣清理装合生产能力：一个操作周期中，单位时间内得到的滤液或滤饼体积传热过程在化工过程中可以加热或冷却，换热，保温。三种基本方式：热传导，对流，热辐射热传导，没有物质宏观位移气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果固体导电体：自由电子在晶格间的运动非导电体：通过晶格结构的振动来实现的液体机理复杂对流：流体内部质点发生相对位移的热量传递过程自然对流强制对流热辐射，物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射能量转移、能量形式的转化不需要任何物质作媒介冷热流体热交换形式：间壁式换热（套管式，列管式换热器）混合式换热蓄热式换热（结构简单，耐高温，设备体积大，有一定程度混合）热负荷Q’：工艺要求，同种流体需要温升或温降时，吸收或放出的热量，单位J/s或W。传热速率Q：热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q：热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布等温面：同一时刻，温度场中温度相同的点组成的面不同温度的等温面不相交温度梯度是一个点的概念是一个向量，方向垂直于该点所在等温面，以温度增的方向为正一维稳定热传导傅立叶定律热传导速率w或J/sdA──导热面积，m2¶t/¶n──温度梯度，℃/m或K/ml──导热系数W/(m·℃)或W/(m·K)越大则导热性能越好负号表示传热方向与温度梯度方向相反用热通量表示导热系数单位温度梯度下的热通量l金属固体>l非金属固体>l液体>l气体纯金属>合金温度系数a<0，t­l¯非金属与密度成正关系a>0，t­l­液体金属液体l较高，非金属液体l低，水的l最大一般来说，纯液体的大于溶液t­l¯（除水和甘油）气体t­l­气体不利用导热，但可用来保温或隔热平壁单壁=b平壁厚度圆壁传热1内2外对流传热速率——牛顿冷却定律a──对流传热系数，W/(m2·℃)Tw──壁温T──流体平均温度A──传热面积影响对流传热系数a的因素a强>a自1引起流动的原因,自然对流：由于流体内部密度差引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差引起的流动2流体的物性r，m，l，cp3湍流大于层流4传热面的形状，大小和位置5是否发生相变蒸汽冷凝、液体沸腾相变大于不相变圆直管强制湍流流体被加热时，k＝0.4；被冷却时，k＝0.3圆形管内强制层流:1）物性特别是粘度受管内温度不均匀性影响，导致速度分布受热流方向影响。2）层流的对流传热系数受自然对流影响严重使得对流传热系数提高。3）层流要求的进口段长度长，实际进口段小时，对流传热系数提高有相变时:蒸汽冷凝冷凝方式：滴状冷凝>膜状冷凝冷凝过程的热阻：液膜的厚度d水平管束竖壁或竖管冷凝传热的影响因素和强化措施流体物性冷凝液r­m¯d¯,a­；冷凝液l­,a­；潜热r­d¯,a­2)温差液膜层流流动时，Dt=ts－tW­，d­,a¯3)不凝气体不凝气体存在，导致a¯¯，定期排放。4）蒸汽流速与流向（u>10m/s）同向时，d¯a­；反向时，d­a¯；u­­a­5)蒸汽过热包括冷却和冷凝两个过程。6)冷凝面的形状和位置目的：减少冷凝液膜的厚度垂直板或管：开纵向沟槽；水平管束：可采用错列沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等2）温差在核状沸腾阶段温差提高，a­3）操作压强4）加热面新的、洁净的、粗糙的加热面，a大强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒总传热速率方程K在数值上等于单位传热面积、单位热、冷流体温差下的传热速率，反映传热过程的强度热量衡算J/s；G1,G2──热冷流体的质量流量，kg/s；cp1,cp2──热冷流体的比热容，J/(s.℃)；h1,h2──冷流体的进出口焓，J/kg；H1,H2──热流体的进出口焓，J/kgR1，R2传热面两侧的污垢热阻m2·K/W辐射传热总能量Q；被物体吸收QA；被反射QR；穿过物体QD固体、液体：D=0R+A=1气体：R=0A+D=1物体的黑度e：物体的种类、表面温度、表面状况、波长。是物体辐射能力接近黑体辐射能力的程度克希霍夫定律任何物体的发射能力与吸收率的比值均相同，且等于同温度下绝对黑体的发射能力。物体的发射能力越强，其吸收率越大。（2）A=e即同温度下，物体的吸收率与黑度在数值上相等。3Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ０，即在任何温度下，各种物体中以绝对黑体的发射能力为最大影响辐射传热的因素1.温度的影响ＱµDT4，低温时可忽略，高温时可能成为主要方式2.几何位置的影响3.表面黑度的影响Ｑµe，可通过改变黑度的大小