2023年化工原理(上)主要知識(shí)點(diǎn)

.化工原理〔上〕各章主要學(xué)問點(diǎn)化工原理〔上〕各章主要學(xué)問點(diǎn)緒論緒論三個(gè)傳遞：動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞第一章流淌流體三大守恒定律：質(zhì)量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；動(dòng)量守恒定律——?jiǎng)恿亢馑愕谝徽铝魈柿黧w第一節(jié)流體靜止的根本方程一、密度

mpM

V RT11 a 1

2an a a液體均相混合物密度： am 1 2

〔mn

—各組分密度〕nm

1

2

n n

〔 —各組分體積分?jǐn)?shù)〕m壓力或溫度轉(zhuǎn)變時(shí)，密度隨之轉(zhuǎn)變很小的流體成為不行壓縮流體〔液體；假設(shè)有顯著的轉(zhuǎn)變則稱為可壓縮流體〔氣體二、.壓力表示方法1、常見壓力單位及其換算關(guān)系：2、壓力的兩種基準(zhǔn)表示：絕壓〔以確定真空為基準(zhǔn)、表壓〔真空度〔以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，由壓力表或真空表測出表壓=絕壓—當(dāng)?shù)卮髿鈮?真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮骸^壓三、流體靜力學(xué)方程1、靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓力，稱為該點(diǎn)的經(jīng)壓力，其特點(diǎn)為：從各方向作用于某點(diǎn)上的靜壓力相等；靜壓力的方向垂直于任一通過該點(diǎn)的作用平面；在重力場中，同一水平面面上各點(diǎn)的靜壓力相等，高度不同的水平面的經(jīng)壓力歲位置的凹凸而變化。2、流體靜力學(xué)方程〔適用于重力場中靜止的、連續(xù)的不行壓縮流體〕p zg

p〔容器內(nèi)盛液體，上部與大氣相通，或位頭〕

p/g

zp—位壓頭四、流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用1、U指示液要與被測流體不互溶，且其密度比被測流體的大。

pp1

(0

)gRg(z2

z)1

pp1

gR0

pp1

(2

)gR1其次節(jié)流體流淌的根本方程一、根本概念1、體積流量〔流量Vs

：流體單位時(shí)間內(nèi)流過管路任意流量截面〔管路橫截面〕m3s12、質(zhì)量流量〔mVsV

kgs1u s 質(zhì)量流速Gms

Gu流速 A A3、黏性：流體所具有的一種拽流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。氣體的黏性力或內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的緣由是速度不等的流體層之間動(dòng)量傳遞的結(jié)果。液體黏性力主要由分之間的吸引力所產(chǎn)生。4、牛頓黏性定律：兩相鄰流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力〔內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力〕d/dy成

ddy

,

——方向一樣時(shí)取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)〕聽從今定律的流體稱為牛頓型流體。4、黏度的單位為Pa·s 常見流體用mPa·s流體的黏度隨溫度而變，溫度上升，氣體的黏度增大，液體的黏度減小。緣由：溫度上升時(shí)，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速度.增大，吸引力快速減小，因而黏度隨之下降。流體的黏度一般不隨壓力而變化。二、質(zhì)量衡算——連續(xù)性方程設(shè)流體在管路中做連續(xù)穩(wěn)定流淌，從截面1-1流入，從截面2-2流出，則1

常數(shù)，則uA2 1

uA2 2Ad2/4，d為直徑，則ud2ud2假設(shè)管路有分支，則ms三、機(jī)械能衡算方程

11 2 2m ms1 s21、抱負(fù)流體是指沒有黏性的流體，即黏度0的流體。、內(nèi)能〔，位能〔g，動(dòng)能〔u2/2，壓力能〔p/，熱量〔q，吸熱e為正，放熱為負(fù)，外功〔we

，外界供給應(yīng)流體外功是為正，流體向外界做功時(shí)為負(fù)〕u2 p u2 p3、可壓縮抱負(fù)流體機(jī)械能衡算關(guān)系：gz 1

1w

gz

2 2〔w——外功〕e

1 2 e1

2 2

2u2 p

u2 p、1kg不行壓縮抱負(fù)流體穩(wěn)定流淌時(shí)的機(jī)械能衡算式〔伯努利方程〕gz 1

1gz

2 2u2 p

1 2 u2 p

2 2 5、不行壓縮實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式：gz 1

2

〔w ——阻力損失〕第三節(jié)流體流淌現(xiàn)象一、雷諾數(shù)Re

1 2 e

2 2 f f1、雷諾數(shù)的量綱為1，故其值不會(huì)因承受的單位制不同而轉(zhuǎn)變，但數(shù)群中的各個(gè)物理量必需承受同一單位制。Re≤2023時(shí)屬于層流；Re>4000時(shí)為湍流；Re2023～4000之間時(shí)流淌處于一種過渡狀態(tài)。二、管內(nèi)流淌分析1、層流時(shí)的速度分布

V R2s 2

max故平均速度u

max2

即層流時(shí)平均速度等于管中心處最大速度的一半。2、層流時(shí)的阻力損失3、湍流時(shí)的速度分布r

p 32luf d2

max

(1 )1/n 〔nRe大小有關(guān)，Re愈大，n〕R

2n2u (n1)(2n1)

時(shí)，u=0.817max

max〕第四節(jié)管內(nèi)流淌的阻力損失一、沿程損失的計(jì)算通式及其用于層流范寧公式：

lu2單位質(zhì)量流體的沿程損失：wf

(Jkg1)d 2pf

wf

(Jm3或Pa)d 2單位重量流體的沿程損失：h

wf

l u2 (J N1或m f稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)二、量綱分析法〔定理〕三、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)

g d2g64 Re 〔層流時(shí)

Re成反比〕. 680.100( )0.23 〔適用范圍為Re≥4000及 d≤0.005〕d Re四、非圓形管內(nèi)的沿程損失

4流通截面積d 4水力半徑e

潤濕周邊

〔潤濕周邊指流體與管壁面接觸的周邊長度〕

CRe

〔C1，對(duì)于正方形、正三角形或環(huán)形，C57、53、96〕1wf

u22——局部阻力系數(shù)，突然擴(kuò)大：當(dāng)流體流過突然擴(kuò)大的管道時(shí)，流速減小，壓力相應(yīng)增大。此時(shí)0

1，稱為管道出口阻力系數(shù)。突然縮?。寒?dāng)流體由大管流入小管時(shí)，流股突然減小，到縮脈時(shí)，流股截面縮到最小，之后開頭漸漸擴(kuò)大，直至重布滿整個(gè)管截面。當(dāng)流體沉著器流進(jìn)管道時(shí)，i2、當(dāng)量計(jì)算法〔當(dāng)量長度le〕

0.5，稱為管入口阻力系數(shù)。局部阻力損失：w

leu2f d 22六、管內(nèi)流淌總阻力損失的計(jì)算在管路系統(tǒng)中，總阻力等于沿程損失與局部損失之和，對(duì)于等徑管，有第五節(jié)管路計(jì)算一、簡潔管路〔〕流量不變，對(duì)于不行壓縮流體的體積流量也不變〔指穩(wěn)定流淌〔〕整個(gè)管路的阻力損失為各段阻力損失之和。2、設(shè)計(jì)型問題〔1-11〕計(jì)算管徑3、操作型問題〔1〕〔1-13〕管內(nèi)流量變化：將閥門開度減小后，管內(nèi)流量應(yīng)減小。簡潔管路中阻力系數(shù)的變大，如閥門關(guān)小等，將導(dǎo)致管內(nèi)流量減小，閥門上游壓力上升，下游壓力減小。此規(guī)律具有普遍性。二、簡單管路1、簡單管路只指有分支的管路，包括并聯(lián)管路、分支〔或匯支〕管路。2、并聯(lián)管路特點(diǎn)：①總流量等于個(gè)并聯(lián)支管流量之和；②并聯(lián)各支管的阻力損失相等。3、并聯(lián)支管中，細(xì)而長的支管通過的流量小，粗而短的支管通過的流量大?；蚣稀彻苈返奶攸c(diǎn)：①總流量等于各支管流量之和；②可在分支點(diǎn)〔或集合點(diǎn)〕處將其分為假設(shè)干個(gè)簡潔管路，對(duì)于每一段簡潔管路，仍舊滿足機(jī)械能衡算方程。第六節(jié)流量測量一、變壓頭的流量計(jì)〔恒截面，變壓頭〕2gR(2gR()0v

〔0——指示液密度，R——U形管壓差計(jì)讀數(shù)〕2gR02gR0皮托管優(yōu)點(diǎn)：阻力小，適于測量大直徑氣體管路內(nèi)的流速。缺點(diǎn)：不能直接測出平均速度，且壓差讀數(shù)小，常要放大才能讀得準(zhǔn)確。2gR(2gR()0u C0 0

〔C0——孔板系數(shù)〕.體積流量Vs

uA0

CA2gR2gR()0 AC

fRe, 00 1 A1孔板安裝位置：上下游要各有一段等徑直管作為穩(wěn)定段，上游至少10d1

，下游至少5d。1孔板優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡潔，制造與安裝都比較便利；缺點(diǎn)：阻力損失大。3、文丘里管高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去肯定管長位置。二、變截面流量計(jì)〔恒壓頭，變截面〕轉(zhuǎn)子流量計(jì)〔簡稱為轉(zhuǎn)子計(jì)〕其次章流體輸送機(jī)械第一節(jié)離心泵一、離心泵的操作原理與構(gòu)造1〔主要靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪所產(chǎn)生的離心力〕開動(dòng)前泵內(nèi)要先灌滿所輸送的液體。離心泵最根本的部件為葉輪與泵殼。二、離心泵的理論壓頭與實(shí)際壓頭1、壓頭的意義泵向單位重量液體供給的機(jī)械能，稱為泵的壓頭〔或揚(yáng)程Hmh為e〔z——升舉高度，p/g——液體靜壓頭的增量，u2/2g—全管路的壓頭損失〕2、理論壓頭葉輪進(jìn)口與出口之間列伯努利方程：

h——?jiǎng)訅侯^的增量，與其他項(xiàng)相比，可無視， f—hp p c2c2理論壓頭：H

1

1

——液體確實(shí)定速度〕 g 2g 1 2液體從點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)2，靜壓頭之所以增加(p p)/g，其緣由有二：2 1①液體在葉輪內(nèi)受到離心力作用，承受了外功；②相鄰兩葉片所構(gòu)成的通道的截面積自內(nèi)向外漸漸擴(kuò)大，液體通過時(shí)的速度漸漸變小，使得局部動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。離心泵理論壓頭表達(dá)式〔離心泵的根本方程〕H c2u2

cos2

u2c2u

〔c

在周邊切線方向上的分速度〕 g g 2u 2理論壓頭與流量的關(guān)系【式中Qm3s1r2

2

b2

——葉輪周H

Q呈線性關(guān)系，變化率的正負(fù)取決于裝置角2

。當(dāng)2

時(shí)，cos2

>0H

Q的增大而減?。划?dāng)=90，cos2

=0,H

Q變化；當(dāng)2

<90，cos2

<0H

隨Q的增大而增高。3、實(shí)際壓頭三、離心泵的主要性能參數(shù)1、壓頭和流量2、有效功率、軸功率和效率泵內(nèi)的機(jī)械能損耗：①水力損失；②容積損失；③機(jī)械損失。Ne

HQg 軸功率N 效率NNe四、離心泵的特性曲線及其應(yīng)用1、離心泵的特性曲線HQNQ曲線；③QNPSH)線。r±5%～8%區(qū)域各種型號(hào)的離心泵各有其特性曲線，外形根本上相像，其共同特點(diǎn)如下：①壓頭隨流量的增大而下降；同時(shí)也避開出口管線的水力沖擊；.③效率現(xiàn)隨流量的增大而上升，到達(dá)一最大之后再下降。2、液體性質(zhì)對(duì)離心泵特性的影響HQ曲線、QNHQg，故↑NQ曲線↑。黏度的影響：①當(dāng)液體的運(yùn)動(dòng)粘度小于2105m2s1時(shí)，如汽油、煤油、輕柴油等，則黏度對(duì)離心泵的特性曲線的影響可無視不計(jì)；②當(dāng)2105ms1HN,.3、轉(zhuǎn)速與葉輪尺寸對(duì)離心泵的影響n的影響當(dāng)角速度變化不大時(shí)〔<20%〕→

Q u n 假設(shè)不變→葉輪尺寸的影響

2Q u n2H u2 n2

程：HABQ2，Hu2

nHA BQ2

2 n

N

n3

N Hg n

割而變小時(shí)，五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)整1、管路特性方程

假設(shè)不變→可簡化為he

ABQ2按此式標(biāo)繪出的曲線稱為管路特性曲線。2、工作點(diǎn)與流量調(diào)整〔即離心M，它表示泵所實(shí)際輸送的流量和所供給的壓頭。流量調(diào)整為調(diào)整流量，即轉(zhuǎn)變工作點(diǎn)，可承受兩種方法：①轉(zhuǎn)變管路特性曲線〔調(diào)整閥門；②轉(zhuǎn)變泵的特性曲線〔速或切割葉輪。六、離心泵的安裝高度1、安裝高度：離心泵的安裝位置與被吸入液體液面的垂直高度。23〔NPS〕來表示蹦的吸上性能。4、汽蝕余量hhh愈大，愈能防止消滅汽蝕。泵剛好發(fā)生汽蝕時(shí)〔即pe

p

e,min

恰好等于pV

時(shí)〕的汽蝕余量稱為最小汽蝕余量，表示為h .允許汽蝕余量hp允許p

minhmin

0.3〔m〕z

ps V

hs,允許

g

fse) 允許七、離心泵的類型、選用、安裝與操作其次節(jié)其他類型泵第三節(jié)通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵一、分類：15kPa〔氣體輸送〕15～300kPa4〔氣體輸送〕300kPa4〔產(chǎn)生高壓氣體〔產(chǎn)生真空〕第五章傳熱2、往復(fù)壓縮機(jī)操作循環(huán)：①壓縮階段；②壓出階段〔有余隙；③膨脹階段；④吸入階段。第五章傳熱第一節(jié)概述一、傳熱的三種根本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射1、熱傳導(dǎo)傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。導(dǎo)熱機(jī)理：①氣體：氣體分子做不規(guī)章熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞。.②固體：a、導(dǎo)體固體：很多自由電子在晶格之間運(yùn)動(dòng)，自由電子導(dǎo)電也導(dǎo)熱；、非導(dǎo)體固體：晶格構(gòu)造的振動(dòng)〔即原子、分子在其平衡位置四周的振動(dòng)。③液體：主要靠原子、分子在其平衡位置的振動(dòng)，振動(dòng)的平衡位置間歇地發(fā)生移動(dòng)。分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。3、輻射：一種以電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。物體在放熱時(shí)，熱能變?yōu)檩椛淠?。二、傳熱速率與熱阻1、傳熱速率QJs1W.傳熱面積與熱流方向垂直。熱通量q：單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位為Wm2.dQqdA2R的關(guān)系其次節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅里葉定律1、溫度場和溫度梯度溫度場：物體〔或空間〕各點(diǎn)溫度在時(shí)空中的分布。tf(x,yz,) 〔t——某點(diǎn)的溫度，x,y,z——點(diǎn)坐標(biāo)，——時(shí)間〕不穩(wěn)定溫度場：溫度隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變的溫度場。穩(wěn)定溫度場：各點(diǎn)溫度均不隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變的溫度場。溫度梯度：兩等溫面的溫度差t與其間的法向距離n之比，某點(diǎn)的溫度梯度為n趨于零時(shí)的極限值，即t tlimn0n

n溫度梯度是向量，方向垂直于等溫面，并以溫度增加的方向?yàn)檎?、傅里葉定律表達(dá)式q與溫度梯度t/n

qtn——熱導(dǎo)率，單位為Wm1K1或Wm1C1。負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度的方向相反。二、熱導(dǎo)率1、固體純金屬的導(dǎo)熱率隨溫度上升而略有減小；非金屬的值隨密度的增大或溫度的上升而增大。2、液體非金屬液體以水的熱導(dǎo)率最大。除水和甘油外，絕大多數(shù)的熱導(dǎo)率隨溫度的上升而略有減小。3、氣體三、平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)1、單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)RRb/(A.2、多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

tt

總導(dǎo)熱溫差四、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)

Q 1

n1Ri

總熱阻1、無限長單層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱〔無內(nèi)熱源〕bbr2

r；A

Am

；mrr rrr 2 1 〔r/r2，r 2 1

/r2)m ln(r2

/r) 2 11

m 2 2 12、無限長多層圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱〔無內(nèi)熱源〕第三節(jié)兩流體間的熱量傳遞一、兩流體間通過間壁傳熱的分析牛頓冷卻定律：熱通量q與壁面-流體間的溫差(tw

t)q(t

t)，w——給熱系數(shù)，單位為Wm2K1或Wm2C1二、傳熱速率和給熱系數(shù)K——傳熱系數(shù)，單位與一樣。.1、換熱管內(nèi)外面積不相等的考慮傳熱面積計(jì)算的最終結(jié)果通常用管外面積表示。2、污垢熱阻1 1d2R

d bd 12 R

〔R

——管壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的污垢熱阻〕K d2 1

s1d d1

s2 2

s1 s23、假設(shè)污垢熱阻與壁阻可無視時(shí)，〔1〕假設(shè),

相差較大時(shí)：假設(shè)

<<

K

；假設(shè)

>>

K

d2或K

K

，應(yīng)提高較1 2 1 2 1

1 2 1 d 2 2 21

min小的K；〔2〕假設(shè),1 2

相差不大時(shí)，二者應(yīng)同時(shí)提高。三、傳熱溫差和熱量衡算t 為換熱器進(jìn)、出口處的平均溫差mt

t11/

(t2)2

2〕，t

tt1 2

(t

t

2)m t t 1 2 m 1 21 2四、傳熱效率-傳熱單元數(shù)法1QKAtms1Qms13、傳熱效率

(Tp1

T)m c (t2 s2 p2

t)1〔1〕mcsp

Tt2T1 12T〔2〕mc

t t2 14、傳熱單元數(shù)

spTT

Tt1 12KA21〔1〕熱流體NTU 1

t mcmt t

s1p1KA〔2〕熱流體NTU 11 t m

m cs2p25、傳熱效率和傳熱單元數(shù)NTU的系

NTU(1C) R C R

NTU(1C)R

NTU(1C)R1CRC CR

(mcs

R)pmin

/(mcs

)max六、壁溫的計(jì)算

QA(TT1 1 1

)A(T t)b m w w

A(t t)KAt2 2 w m

——熱流體側(cè)傳熱面積、冷流體側(cè)傳熱面積和平均傳熱面積；1 2w

m——熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫；w1 2T T1 2T TmQA1 1，t Twwb Q Am，t twQ A2 2

——熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的給熱系數(shù)。第四節(jié)給熱系數(shù)一、給熱系數(shù)的影響因素和數(shù)值范圍影響給熱的因素：引起對(duì)流的緣由；流體的流淌形態(tài)；流體的物理性質(zhì)；傳熱面的幾何因素；.二、給熱系數(shù)與量綱分析特征數(shù)的符號(hào)和意義特征數(shù)的符號(hào)和意義特征數(shù)名稱努塞爾數(shù)符號(hào)涵義表示導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻只比雷諾數(shù)普朗特?cái)?shù)反映流體的流淌形態(tài)和湍流程度反映與傳熱有關(guān)的流體性質(zhì)。氣體Pr1，液體Pr1反映由于溫差而引起的自然對(duì)流的強(qiáng)度相對(duì)于自然對(duì)流時(shí)的“雷諾數(shù)”格拉曉夫數(shù)1/t——流體內(nèi)的溫度差℃gtNkg1三、流體做強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的給熱系數(shù)1、流體在圓形直管內(nèi)做強(qiáng)制湍流〔1〕當(dāng)壁溫順流體平均溫度相差不大時(shí)，Re10000Pr0.6～160，管長和管徑之比l/d50定型尺寸l規(guī)定為管內(nèi)徑d；定性溫度為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。n0.4n0.3Pr0.7〔2〕當(dāng)壁溫順流體平均溫度相差較大時(shí)，Re10000Pr0.7～16700l/d60特征尺寸：管內(nèi)徑定性溫度： 取壁溫作定性溫度，其他物理性質(zhì)均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。w2、流體在圓形直管內(nèi)做強(qiáng)制層流Re23006700Pr0.6RePr(l/d)103、彎曲管道內(nèi)的給熱系數(shù)，——圓管、直管中的給熱系數(shù)；d——管內(nèi)徑，m；R——彎管軸的曲率半徑，m4、非圓形直管中的給熱系數(shù)將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑de5、流體在管外強(qiáng)制對(duì)流流體在管束外橫向流過時(shí)的給熱系數(shù)：Nu6、提高給熱系數(shù)的途徑

CC1

RenPr0.4四、流體做自然對(duì)流時(shí)的給熱系數(shù)五、蒸汽冷凝時(shí)的給熱系數(shù)整的液膜向下流淌，則稱為膜狀冷凝。壁面落下，重又露出冷凝面，則稱為滴狀冷凝。六、液體沸騰時(shí)的給熱系數(shù)1、工業(yè)上液體沸騰可分為：大容積內(nèi)沸騰和管內(nèi)沸騰。2、沸騰現(xiàn)象沸騰給熱過程最主要的特征是液體內(nèi)部有氣泡生成。氣泡生成依靠兩個(gè)條件：①液體必需過熱；②加熱壁面上應(yīng)存在汽化核心。第五節(jié)輻射傳熱一、根本概念1、確定黑體〔黑體A=1的物體。2、確定白體〔鏡體R=1的物體。D=1的物