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 ?m??1?1??2?2????n?n 静力学基本方程

p1??zp21g???z2g

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)/ ?g

体积流量Vs

质量流量m s

m s=Vs

?

流速u 质量流速G 流速选择 管径 d?4Vs?u

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=PV 1kg P/? 热qe 外功We We?qe??U??zg?122?u??p?

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）

z1212p21g?2u1?p1??We?z2g?2u2????Wf

以单位重量，同除g 单位是m 令HWee?g ?hf??Wfg

z21?1u2p1122g1??g?He?z2?2gu2?p?g??hf

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?

z21?g?12?u1?p1?We??z2?g?122?u2?p2???Wf

?pf=??Wf 压力损失

理想衡算，流动中 没有摩擦阻力

z1g?12p12u1???z2g?122u2?p2?

z2p12p21?12gu1??g?z2?12gu2??g

有效功率 Ne=ms We 轴功率 N=Ne/?

..牛顿粘性定律 F??Adudy ???dudy

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 ↑ → ? ↓ 一般气体T ↑ → ? ↑

超高压气体p ↑ → ? ↑ 粘度cP(厘泊）1cP＝10-3

Pa·s 动力粘度???2

? m/s

雷诺数 Re?d?u?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 (p?d21?p2)4???dl=F??A

2损失的能量W4lf?d??=

8?lu?u2d2

令??8?lu2?u2，则Wf??d2（范宁公式）

2压头损失hlu2f??d2g 压力损失?pf??l?ud2

层流，??64Re Wf?u 成正比。与?d无关，只

与Re有关 Wlu264lu2f?32?lu?d2?64?d?u?d?2?Re?d?2 湍流，λ与Re无关，只与?d有关 W2f?u 湍流光管??0.31643Re0.25 Re＝5×10～105

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 W'u2'u2f??2，J/kg hf??2g，J/N=m

1、突然扩大：??(1?A1??0—1

A)22W'f??u21—小管中的大速度 2u12、突然缩小：??(A2?1)2 A??0?0.502W'f??u2u2?小管中的大速度

23、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 w'eu2f??ld2或h'eu2f??ld2g

Le —— 管件或阀门的当量长度，m 总阻力，?Wl??l2euf??d2?(?ld???)u22

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

Vs??24du

pzp212lu??1g?We???z2g?(?d???)2

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?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 、?、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、 ? l、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?↑ → 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

pA?z12?Ag?2uA??WfOA?pB??zBg?122uB??WfOB

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，?p?? ，泵内有气， 则?? 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 Ne?HQ?g Q 体积流量V

效率?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、?~Q曲线 ：小Q ?，? ?；大Q ?，? ?、? ?max 影响因素:1流体的性质,（H，Q，?）与?无关 ? ?, (N、Ne) ? ? ?，（H，Q，?）? N ? 2转速-比例定律 n ?20%以内

Q2322???n?2?Q?n21n

H? N2?n2?? 1H1?n?1?N???1?n?1?3叶轮直径-切割定律 D -5%以内

Q232Q?D2??D?2?1D

H2?1H1?D?? N2?D2?1?N???? 1?D?1?流量调节：关小出口阀? ?le? ? 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Hg p0?Hp1u21?gg??g?2g??Hf P1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

p1?g?pv?g?e Pv 是液体的饱和蒸汽压

安全余量e=0.3

有效汽蚀余量?ha??h??hr?0.3 有效 允许 必须 由Δh 计算允许安装高度Hgmax 2Hg?p0??g???p?1?u1???g2g???H?f?p0?p21u1pv??g?????g??pv??H??g2g????gf

?p0pv?g??ha??g??Hf?p0?g??h?pv?g??Hf?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

?33?3u2t6d?sg 离心力

?6d?sar?6d?sr

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 ??2230d6d3?sg?6d?g???u?24?0

u4d??s???g0?3??

4d??s???u2离心沉降速度utr?3??r

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 ??24d2??s???gRe u0?018? Re0?0.3

过渡区：2?Re0?500 开始边界层分离

0.6??18.5Re0.6 0.269gd??s???Re0

0?湍流区 500?Re0?200000 形体阻力占主导地位

??0.44 us???0?1.74gd???

阻力?u2 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Vs?A0u0

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 V2?2VVe?KA2? K?2?p?rc?2?p?r'c' ——过滤常数（m2/s）

q2?2qqe?K? （ qe?Ve/A q?V/A）

过滤操作周期总时间?C??F??W??R

?F过滤时间 ?W洗涤时间 ?R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