華東理工大學(xué)化工原理ppt(內(nèi)部絕密)(1)

1、化工原理復(fù)習(xí)化工原理復(fù)習(xí) 本科本科 1 1 概述概述 1.1 1.1 流體流動(dòng)的考察方法流體流動(dòng)的考察方法 質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)-含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸 遠(yuǎn)小于設(shè)備尺遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子平均自由程寸、遠(yuǎn)大于分子平均自由程 連續(xù)性假定連續(xù)性假定-流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的，彼此 間沒有間隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)間沒有間隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì) 拉格朗日法拉格朗日法-選定流體質(zhì)點(diǎn)選定流體質(zhì)點(diǎn) 歐拉法歐拉法-選定空間位置選定空間位置 化工原理較多采用歐拉法化工原理較多采用歐拉法 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 粘性的物理本質(zhì)粘性的物

2、理本質(zhì)- 分子間引力和分子熱運(yùn)動(dòng)、碰撞分子間引力和分子熱運(yùn)動(dòng)、碰撞 牛頓粘性定律牛頓粘性定律 =f(=f(物性，溫度物性，溫度) t, ) t, 氣 氣 ，液 液 理想流體理想流體: : 假定假定=0=0 2 2 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) 靜力學(xué)方程靜力學(xué)方程 等高等壓等高等壓 虛擬壓強(qiáng)虛擬壓強(qiáng) 常常數(shù)數(shù) gzp 2 2 1 1 gz p gz p ghpzzgpp aa )( 212 R= m A. 0 ；B. ；C. 6 .13 1 6 .12 1 U U形管指示的是什么？形管指示的是什么？ P PA - P P B= pA - pB pC = pA+gR pC = pB+igR P PA -

3、 P P B=R(i -)g 指示的是虛擬壓差，只有等高時(shí)才是壓差指示的是虛擬壓差，只有等高時(shí)才是壓差 3.2 3.2 機(jī)械能守衡機(jī)械能守衡 , J/kg, J/kg 柏努利方程的物理意義：三項(xiàng)機(jī)械能之和為常數(shù)柏努利方程的物理意義：三項(xiàng)機(jī)械能之和為常數(shù) 或或 ， J/N=mJ/N=m 幾何意義：位頭、壓頭、速度頭總高為常數(shù)幾何意義：位頭、壓頭、速度頭總高為常數(shù) 22 2 22 2 2 11 1 up gz up gz g u g p z g u g p z 22 2 22 2 2 11 1 3.2.4 3.2.4 工程應(yīng)用：工程應(yīng)用： (1)(1)測(cè)風(fēng)量測(cè)風(fēng)量 由由1-11-1至至2-22-2

4、排方程排方程 壓差計(jì)：壓差計(jì)： 可得可得： 2 2 22 uppa gRpp ia 2 ia gR pp u2 )(2 2 2 22u AqV , ,i,D,d, qV均相等，均相等，則則R R A. ；B. = ；C. 從從1-1截面截面 至至2-2截面截面 排柏努利方程排柏努利方程 R與水平放、斜放、垂直放都無關(guān)與水平放、斜放、垂直放都無關(guān) 22 2 22 2 11 uu PP 2 )( 2 2 2 1 12 uu PP g uu g R ii )(2 )( )( 2 2 2 112 PP 4 4 流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 4.1 4.1 流動(dòng)的型態(tài)流動(dòng)的型態(tài) 判斷依據(jù)：雷諾數(shù)

5、判斷依據(jù)：雷諾數(shù) 層流和湍流的本質(zhì)區(qū)別層流和湍流的本質(zhì)區(qū)別: : 是否存在速度、壓強(qiáng)的脈動(dòng)性是否存在速度、壓強(qiáng)的脈動(dòng)性 4.1.2 4.1.2 流型判據(jù)流型判據(jù) Re2000 Re2000 層流層流 2000Re4000 2000Re4000 Re4000 湍流湍流 du Re 4.4.2 4.4.2 圓管速度分布圓管速度分布 層流條件下：層流條件下： 積分得積分得 由由 ，得，得 湍流條件下：由于湍流條件下：由于的困難而無法解析解的困難而無法解析解 實(shí)測(cè)后歸納成實(shí)測(cè)后歸納成 n=f(Re) ) 5 5 阻力損失阻力損失 本質(zhì)原因：流體有粘性本質(zhì)原因：流體有粘性 直管阻力損失直管阻力損失 5.

6、3 5.3 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) 5.3.1 5.3.1 莫迪圖莫迪圖 同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管 5.4.1 局部阻力計(jì)算式局部阻力計(jì)算式 工程上取工程上取 ，-阻力系數(shù)阻力系數(shù) 或或 ，le-當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量長(zhǎng)度 實(shí)測(cè)的實(shí)測(cè)的和和le已成圖表，供設(shè)計(jì)使用已成圖表，供設(shè)計(jì)使用 阻力的單位有三種：阻力的單位有三種： 損失壓降損失壓降 Pa=N/m2 損失能量損失能量 J/kg 損失壓頭損失壓頭 J/N=m 6.1.2 6.1.2 阻力損失壓差阻力損失壓差管路狀況管路狀況流量三者關(guān)系流量三者關(guān)系 結(jié)論：結(jié)論：管路狀況一定，管路狀況一定，qV,hf hf

7、(P P)一定一定, ,qV qV一定一定, ,hf 圖中，圖中，,則則hfAB_, pA_,pB_,為什么為什么 42 22 8 )( 2 )( d q d lu d l h V f P 6.2.1 6.2.1 串聯(lián)管路計(jì)算串聯(lián)管路計(jì)算 方程特點(diǎn)：方程特點(diǎn)：hf總 總=hf1+hf2+hf3 qV=qV1=qV2=qV3 注意各段阻力計(jì)算的注意各段阻力計(jì)算的 u、l、d、的不同的不同 6.2.2 6.2.2 復(fù)雜管路計(jì)算復(fù)雜管路計(jì)算 并聯(lián)管路計(jì)算并聯(lián)管路計(jì)算 分流或合流時(shí)，有能量的損失和交換，有時(shí)分流或合流時(shí)，有能量的損失和交換，有時(shí)00 對(duì)于長(zhǎng)管，三通處的阻力相對(duì)很小可忽略對(duì)于長(zhǎng)管，三通處

8、的阻力相對(duì)很小可忽略 方程特點(diǎn)：方程特點(diǎn)： qV總 總=qV1+qV2 注意注意hf不要重復(fù)計(jì)算不要重復(fù)計(jì)算 21ff BA hh PP 7 7 流速和流量的測(cè)量流速和流量的測(cè)量 7.1 7.1 畢托管畢托管 7.2 7.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì) 孔板流量計(jì)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力損失較大孔板流量計(jì)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力損失較大 文丘里流量計(jì)特點(diǎn)：阻力損失較小，造價(jià)較高文丘里流量計(jì)特點(diǎn)：阻力損失較小，造價(jià)較高 7.3 7.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：恒流速、恒壓差轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：恒流速、恒壓差 刻度換算：刻度換算： 出廠標(biāo)準(zhǔn)：出廠標(biāo)準(zhǔn)： 液體液體 氣體

9、氣體 f ff RV A gV CAuAq )(2 000 )( )( AfB BfA VA VB q q 3 /1000mkg 3 /2 . 1mkg 流量計(jì)比較流量計(jì)比較 畢托管：測(cè)得點(diǎn)速度，流量須計(jì)算畢托管：測(cè)得點(diǎn)速度，流量須計(jì)算 孔板流量計(jì)：測(cè)得銳孔平均速度，孔板流量計(jì)：測(cè)得銳孔平均速度， A0恒定恒定, u0變化變化, p變化變化, 不易阻塞不易阻塞 轉(zhuǎn)子流量計(jì)：測(cè)得的流量讀數(shù)需換算轉(zhuǎn)子流量計(jì)：測(cè)得的流量讀數(shù)需換算 p恒定恒定, u0恒定恒定, A0變化變化, 易阻塞易阻塞 1. 1. 概述概述 目的：給流體加入機(jī)械能目的：給流體加入機(jī)械能 1 11 1 管路特性管路特性 第二章第二

10、章 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 2 2 離心泵離心泵 2 21 1 離心泵的工作原理離心泵的工作原理 1 1主要構(gòu)件主要構(gòu)件 葉輪：迫使液體高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場(chǎng)葉輪：迫使液體高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力場(chǎng) 中心加入低勢(shì)能、低動(dòng)能液體中心加入低勢(shì)能、低動(dòng)能液體 外緣輸出高勢(shì)能、高動(dòng)能液體外緣輸出高勢(shì)能、高動(dòng)能液體 蝸殼：流道逐漸擴(kuò)大，將動(dòng)能部分轉(zhuǎn)化成勢(shì)能蝸殼：流道逐漸擴(kuò)大，將動(dòng)能部分轉(zhuǎn)化成勢(shì)能 2 22 2 離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線 1 1泵的有效壓頭泵的有效壓頭 泵內(nèi)損失：泵內(nèi)損失： 容積損失容積損失: :部分流體漏回入口處部分流體漏回入口處 水力損失水力損失:0,:0,葉片數(shù)目有限葉片數(shù)目有

11、限 機(jī)械損失機(jī)械損失: :軸承、軸封的摩擦軸承、軸封的摩擦 2 2泵的有效功率泵的有效功率 Pe=gqVHe Pa基本上隨流量基本上隨流量qV單調(diào)上升單調(diào)上升 泵啟動(dòng)時(shí)關(guān)出口閥泵啟動(dòng)時(shí)關(guān)出口閥 3 3泵的效率泵的效率 a e P P 4特性曲線的影響因素特性曲線的影響因素 密度密度: 對(duì)對(duì)HeqV,qV無影響無影響;對(duì)對(duì)PaqV有影響有影響 粘度粘度: 對(duì)對(duì)HeqV,qV，PaqV都有影響都有影響 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速: 當(dāng)當(dāng)n變化變化20%時(shí)，比例定律：時(shí)，比例定律： 如果如果 則有則有 n n q q V V 2 n n H H e e 3 n n P P a a 23 離心泵的流量調(diào)節(jié)和組合操作離心

12、泵的流量調(diào)節(jié)和組合操作 1工作點(diǎn)工作點(diǎn) 工程處理方法：過程分解法工程處理方法：過程分解法 2流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié) 出口閥開度出口閥開度 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、靈活優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、靈活 缺點(diǎn)：能耗缺點(diǎn)：能耗 改變轉(zhuǎn)速改變轉(zhuǎn)速n 節(jié)能，但不方便節(jié)能，但不方便 新老泵特性曲線關(guān)系新老泵特性曲線關(guān)系 時(shí)，時(shí)， (等效率點(diǎn)等效率點(diǎn)) n n q q V V 2 2 V V q q n n H H 2 2 V V q q H H 3組合操作組合操作 串聯(lián)組合串聯(lián)組合 同樣流量下，兩泵壓頭相加同樣流量下，兩泵壓頭相加 H單 單=(qV)， H串串=2(qV) 例如：例如： H單 單=20-2qV2 H串 串=40-4

13、qV2 工作點(diǎn)工作點(diǎn) H 2H 并聯(lián)組合并聯(lián)組合 同樣壓頭下，兩泵流量相加同樣壓頭下，兩泵流量相加 H單 單=(qV)， 例如：例如： H單 單=20-2qV2 H并 并=20-0.5qV2 工作點(diǎn)工作點(diǎn) qV2qV ) 2 ( V q H 并并 2.4 離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度 1汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象(錄像錄像) 葉輪入口葉輪入口K處壓強(qiáng)最低，處壓強(qiáng)最低，Hg太大時(shí)，太大時(shí)，pKpV, 液體汽化，形成汽泡，受壓縮后潰滅。液體汽化，形成汽泡，受壓縮后潰滅。 后果：葉輪受沖擊而出現(xiàn)剝落后果：葉輪受沖擊而出現(xiàn)剝落 泵軸振動(dòng)強(qiáng)烈，甚至振斷泵軸振動(dòng)強(qiáng)烈，甚至振斷 規(guī)定必需汽蝕余量規(guī)定必需汽蝕余量

14、(NPSH)r=(NPSH)c+, 進(jìn)泵樣本，與流量有關(guān)進(jìn)泵樣本，與流量有關(guān) 實(shí)際汽蝕余量實(shí)際汽蝕余量 須比須比(NPSH)r大大0.5m以上，以上， 最大允許安裝高度最大允許安裝高度Hg為為 實(shí)際安裝高度實(shí)際安裝高度Hg0.3MPa(表表) 真空泵：生成負(fù)壓，進(jìn)口真空泵：生成負(fù)壓，進(jìn)口0.1MPa, 出口出口0.1MPa 5.3 通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī) 2離心式通風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī) 原理與離心泵相同，不同之處：原理與離心泵相同，不同之處： 風(fēng)壓風(fēng)壓 pT 動(dòng)能在總機(jī)械能中所占比重明顯動(dòng)能在總機(jī)械能中所占比重明顯 3特性曲線特性曲線 參數(shù)：風(fēng)量參數(shù)：風(fēng)量qV, 風(fēng)壓風(fēng)壓pT,pS, 功率功率P, 效率效率

15、 出廠標(biāo)準(zhǔn)：出廠標(biāo)準(zhǔn)：0.1MPa, 20空氣空氣, =1.2kg/m3 以入口狀態(tài)為基準(zhǔn)：以入口狀態(tài)為基準(zhǔn)： qV, , pT, 使用中注意換算使用中注意換算 TT pp 1 概述概述 固定床固定床由許多固體顆粒堆積成的靜止顆粒層由許多固體顆粒堆積成的靜止顆粒層 2 顆粒床層的特性顆粒床層的特性 2.1 單顆粒的特性單顆粒的特性 非球形：定當(dāng)量直徑，目標(biāo)不同結(jié)果不同非球形：定當(dāng)量直徑，目標(biāo)不同結(jié)果不同 體積當(dāng)量體積當(dāng)量dev, 球形度球形度(形狀系數(shù)形狀系數(shù)) 1 第四章第四章 流體通過顆粒層的流動(dòng)流體通過顆粒層的流動(dòng) 3 6 ev dV 2.2 顆粒群的特性顆粒群的特性 平均直徑平均直徑d

16、m，準(zhǔn)則：比表面相等，準(zhǔn)則：比表面相等 3流體通過固定床的壓降流體通過固定床的壓降 數(shù)學(xué)模型法主要步驟：數(shù)學(xué)模型法主要步驟： i i m d x d 1 3.1 解數(shù)學(xué)模型解數(shù)學(xué)模型 康采尼方程康采尼方程 適用范圍：適用范圍：Re2 歐根方程：歐根方程： 粘性項(xiàng)粘性項(xiàng) 慣性項(xiàng)慣性項(xiàng) Re 100時(shí)，可忽略粘性項(xiàng)時(shí)，可忽略粘性項(xiàng) 4過濾原理及設(shè)備過濾原理及設(shè)備 架橋現(xiàn)象架橋現(xiàn)象 u a L 3 22 )1( 5 P 2 323 2 )1( 75. 1 )( )1( 150u d u dL evev P 5 過濾計(jì)算過濾計(jì)算 5.1 物料衡算物料衡算 懸浮液含固量表示方法：懸浮液含固量表示方法：

17、質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)w, kg固體固體/kg懸浮液懸浮液 體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù), m3固體固體/m3懸浮液懸浮液 取取1kg懸浮液懸浮液 / )1(/ / ww w p p 取取1m3懸浮液懸浮液 注意：注意：三個(gè)去向要清楚三個(gè)去向要清楚 基準(zhǔn)要選好基準(zhǔn)要選好 取取1kg濾餅濾餅 取取1m3濾餅濾餅 , 5.2 過濾速率過濾速率 qe為過濾介質(zhì)當(dāng)量濾液量為過濾介質(zhì)當(dāng)量濾液量 )1( p p w p aa a / )1(/ / p a )1( )(2 e qq K d dq r K P 2 不可壓縮濾餅，不可壓縮濾餅，r=常數(shù)常數(shù), KP P 可壓縮濾餅可壓縮濾餅, r=r0 P P S, K P P1

18、-S , S為壓縮指數(shù)為壓縮指數(shù) qe與介質(zhì)性質(zhì)、懸浮液性質(zhì)有關(guān)與介質(zhì)性質(zhì)、懸浮液性質(zhì)有關(guān) 5.3過濾基本方程的應(yīng)用過濾基本方程的應(yīng)用 1恒速過濾恒速過濾 若若=0, q=0則則 2. 恒壓過濾恒壓過濾 若若=0, q=0則則 q2+2qqe=K 或或 V2+2VVe=KA2 )(2 e qq Kq 終終 終終 終終 終終 ee qqKq 2 3. 先變壓后恒壓先變壓后恒壓 從從 =1, q=q1起開始恒壓操作起開始恒壓操作 或或 4生產(chǎn)能力的優(yōu)化生產(chǎn)能力的優(yōu)化 間歇過濾機(jī)恒壓操作有優(yōu)化問題間歇過濾機(jī)恒壓操作有優(yōu)化問題 令令 可得可得opt )()(2)( 11 2 1 2 Kqqqqq e )()(2)( 1 2 1 2 1 2 KAVVVVV e )( f V Q DW 0 d dQ 2 222 )( KA VVKA eeDW opt 葉濾機(jī)洗滌速率葉濾機(jī)洗滌速率(面積，餅厚不變面積，餅厚不變) 當(dāng)當(dāng)Ve=0時(shí)時(shí), 板框壓濾機(jī)洗滌板框壓濾機(jī)洗滌(面積減半面積減半,餅厚加倍餅厚加倍) 當(dāng)當(dāng)Ve=0時(shí)時(shí) 終終 d dV d dV W W W P P V VW W W W 2 P P 終終 d dV d dV W W W P P 4 1 V VW W W W 8 P P 3.