化工原理(全套課件148p)-課件

化工原理梁燕波緒論

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標和《化工原理》課程的教學目的，我們選擇了由何潮洪、馮宵編寫的教材《化工原理》。該課程是一門重要的技術基礎課，在整個專業(yè)教學過程中是承前啟后，由理及工的橋梁。要求學生了解工業(yè)生產(chǎn)中所涉及的問題，掌握解決問題的途徑，并能運用經(jīng)濟觀點綜合處理問題，提高分析和解決問題的能力。為學生在今后的學習和工作中，正確而有效地聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)打下基礎。課程介紹化工原理是一門工程學科,是工科類化工、制藥、食品、發(fā)酵、等專業(yè)學生的專業(yè)課.它以工業(yè)生產(chǎn)中的物理加工過程為背景，研究工業(yè)生產(chǎn)過程中的基本規(guī)律，應用這些規(guī)律解決工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題。了解物理、化學規(guī)律在生產(chǎn)中的應用;認識實際生產(chǎn)的復雜性和具體過程的特點,化工原理需要用特定的工程規(guī)律和方法來解決實際生產(chǎn)中的問題。該課程的設置目的是使學生能將所學理論知識與工程實際銜接起來，使學生能夠學會從工程和經(jīng)濟的角度去考慮技術問題，并逐步實現(xiàn)由學生向工程技術人員的轉變。課程內容

本課程緊密結合專業(yè)特點，圍繞單元操作原理和應用為主題，以動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞理論為基礎，系統(tǒng)介紹液體流動、流體輸送機械、傳熱、精餾、吸收等各單元操作的基本原理、基本計算方法、工程應用。通過本課程的學習，使學生掌握各單元操作的基本原理及典型設備的設計計算方法，為進一步學習專業(yè)課程及從事工程實踐奠定必要的理論基礎。本課程通過課堂教學及實驗教學、課程見習等實踐性環(huán)節(jié)相結合，使學生牢固建立起“單元操作”的概念，培養(yǎng)學生工程分析方法及獨立分析問題和解決問題的能力?；ぴ碚n程的要求化工原理分為：理論課和實踐課(實驗、見習)1、理論課要求1、上課時間2、所用教材：由馮宵、何潮洪主編由科學出版社出版的“十一五“國家級規(guī)劃教材，《化工原理》上下冊。3、教學內容：上冊流體力學基礎、流體輸送機械、熱量傳遞基礎、傳熱過程計算與換熱器。下冊質量傳遞基礎、氣體吸收、蒸餾、氣—液傳質設備。4、上課要求：課堂做筆記、每次有作業(yè)，使用計算器，每周交作業(yè)，每章有測試。2、實驗課要求實驗獨立考試1、實驗過程操作2、實驗報告3、卷面考試2、實驗課要求1、上課時間：第8-15周2、實驗教材：化學化工學院編教材3、實驗內容：化工原理實驗和化工原理實訓和化工原理仿真4、實驗要求：第8-15周做實驗具體要求、專門講解。5、工業(yè)見習：一次，具體時間、具體要求、專門講解?？荚囈罂荚嚦煽冇桑?、期中考試2、期末考試3、平時作業(yè)4、出勤5、見習第一章流體力學基礎教學目標：1.掌握流體流動中的作用力和機械能2.掌握壓強的表示方法及靜力學測量方法3.掌握質量守衡、機械能守衡、動量守衡的原理及有關計算4.掌握流體流動的型態(tài)及基本特征5.掌握湍流時直管阻力損失的實驗研究方法及局部阻力損失的計算6.掌握簡單管路的計算方法§1、1概述1、什么是流體：具有流動性的氣體和液體統(tǒng)稱流體。2、什么是流體力學：研究流體流動規(guī)律的科學稱為流體力學，包括流體靜力學和流體動力學。本章研究的內容：結合化工過程特點，對流體靜力學原理及其在化工生產(chǎn)中的應用和流體動力學基本方程的應用進行詳細的介紹。

§1、2流體靜力學及其應用1、流體靜止時的性質：質量m,體積V密度ρ壓強P=壓力P靜止流體所受力---壓強（壓力）1）壓強的定義：靜止流體單位面積上所受到的壓力稱為壓強，習慣上稱壓力。2）壓強的符號：P3）壓強的單位：1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033at4）壓強大小的表征：表壓=絕對壓強—當?shù)卮髿鈮赫婵斩?當?shù)卮髿鈮骸^對壓強壓強大小的表征補充例題：比較下列壓強大小并排序PA=2atm（絕對壓強），PB=900mmHg（表壓），PC=6420Pa（真空度）解：統(tǒng)一單位、統(tǒng)一基準

PA=2atm（絕對壓強）=202650Pa（絕對壓強）PB=900mmHg（表壓）=221315Pa（絕對壓強）PC=6420Pa（真空度）=101325-6420=94905Pa（絕對壓強）結論：PB>PA>PC作業(yè)：比較下列壓強大小，并排序1、PA=40000Pa（表壓）2、PB=2atm（絕對壓強）3、PC=500mmHg（真空度）4、Pd=15mH2O(表壓)（用表壓和Pa單位表示）2、流體靜力學方程2、流體靜力學方程以圖1-2為例推倒公式1-3和1-4首先復習用液柱表示壓強P=ρgh該壓強為點壓強或同一平面的壓強，ρ是流體密度，g為9.8，h為該點或該平面上方的液柱高度，單位為米。解：根據(jù)圖1-2得P1=ρg(h-z1)P2=ρg(h-z2)P2-P1=ρg(h-z1)-ρg(h-z2)=ρg(z1-z2)；P2=P1+ρg(z1-z2)；（P2/ρg）=（P1/ρg）+(z1-z2)上兩式為流體靜力學方程。補充練習我們可以用汞柱和水柱表示壓強，也可以用空氣柱表示。P=ρgh；101325=1.29*9.8*h；h=8015m一個大氣壓相當于10.33mH2O，760mmHg，8015m空氣柱。靜力學方程的應用靜力學方程適用于重力場中靜止、連續(xù)、均勻、不可壓縮流體。等壓面是指在連通體內，具有相同高度的平面上的各個點的壓強相等。判斷連通體，找出等壓面。例1-1如圖所示有三個容器A、B、C內均裝有水，容器C敞口。密閉容器A、B間的液位差Z1=1m,容器B、C間液位差Z2=2m，兩U形管下部液體均為汞，其密度為13600kg/m3，高度差分別為R=0.2m,H=0.1m,試求容器AB上方壓力表的讀數(shù)PA、PB的大小。課堂作業(yè)如圖所示有三個容器A、B、C內均裝有水，容器C敞口。密閉容器A、B間的液位差Z1=1.2m,容器B、C間液位差Z2=2.3m，兩U形管下部液體均為汞，其密度為13600kg/m3，高度差分別為R=0.2m,H=0.15m,試求容器AB上方壓力表的讀數(shù)PA、PB的大小。習題1畫圖抄題解題答如圖所示用一U形管壓力計測量密封器罐中的壓力，指示液為水，密度ρ0=1000kg/m3。因氣體易溶于水，故在水和氣體之間用惰性溶劑（ρ=890kg/m3）將二者隔開?，F(xiàn)已知h=10cm,R=24cm,求器罐內的絕對壓力和表壓（分別用Pa和mH2o表示）。P1=P+ρ0ghP1’=Pa+ρgR因為P1=P1’所以P=Pa+ρgR-ρ0gh=101325+1000×9.81×0.24-890×9.81×0.1=102806Pa(絕對壓強)=1481Pa（表壓）P=(102806×10.33)/101325=10.48mH2o(絕對壓強)=10.48—10.33=0.15mH2o（表壓）答：器罐內的絕對壓力為102806Pa和10.48mH2o，表壓為1481Pa和0.15mH2o§1、3流體流動的基本方程流體在流動的過程中遵循1、質量守恒定律2、能量守恒定律3、動量守恒定律將他們應用在流體流動過程，可以獲得流體流動的基本方程1、連續(xù)性方程2、運動方程3、能量方程§1、3流體流動的基本方程§1、3.1基本概念（1）穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動：圖示說明，目前研究的主要是穩(wěn)定流動。（2）流速和流量：定義符號u,V,m單位表達式:m=ρVV=A×u=(πd2/4)×u（3）粘性：定義符號μ單位1pa●s=10P(泊)=1000cP(厘泊)（4）非牛頓型流體：（5）流動類型和雷諾數(shù)：當流體流動時，在不同條件下，可以觀察到兩種截然不同的流型。這一現(xiàn)象是由雷諾在1883年發(fā)現(xiàn)的。Re=duρ/μ

（無量綱準數(shù)）雷諾準數(shù)各項的物理意義及單位。工程上一般認為：流體在圓形直管流動，當Re<2000時為層流，當Re>4000時為湍流，當Re介于2000~4000之間時，流動處于一種過渡狀態(tài)，稱為過渡區(qū)流動。對非圓形管道，可用當量直徑de來代替直徑d，也可求對應雷諾準數(shù)。當量直徑de=（4×流體流過的橫截面積）/流體濕潤周邊。套管環(huán)隙的當量直徑de=D-d(大圓內徑-小圓外徑)例1-320°C的水在內徑50mm的圓形管內流動，質量流量為0.2t/h.試計算：雷諾準數(shù)Re，并判斷流動形態(tài)；使管內保持湍流的最小流速。補充作業(yè)：套管換熱器的內管為Φ24×1.5，外管為Φ57×3.5的無逢鋼管。液體以5400kg/h的流量流過環(huán)隙，液體的密度為1200kg/m3,黏度為2×10-3pa

●s。試判斷液體在環(huán)隙中的流動形態(tài)。（Re=1.28×104）§1.3.2質量恒算方程——連續(xù)性方程1、宏觀質量恒算：對穩(wěn)態(tài)流動有m1=m21、宏觀質量恒算：對穩(wěn)態(tài)流動有m1=m2ρ1u1A1=ρ2u2A2若ρ1=ρ2=ρ則u1A1=u2A2對圓形管道而言：(πd12/4)×u1=(πd22/4)×u2

整理得：d12

×u1=d22×u2

u1/u2=d22/d12對有分支的情況：則m0=m1+m2例4-1車間要求將20°C水以15kg/s的流量送入某設備中，若選取平均流速為1.1m/s，試計算所需管子的尺寸。若在原水管上再接出一根Φ159×4.5的支管，如圖所示，以便將水流量的一半該送至另一車間。求當總水量不變時，此支管內水流速度?！?、3.4總能量衡算——機械能衡算方程首先考慮流體在流動過程中的能量：（1）動能(1/2)mu2〔J〕;（2）位能mgz〔J〕;（3）靜壓能mp/ρ〔J〕

在1-1截面上mgZ1+(1/2)mu12+mp1/ρ=Et1在2-2截面上mgZ2+(1/2)mu22+mp2/ρ=Et2對理想流體而言；在1-1截面上機械能總和=在2-2截面上機械能總和mgZ1+mu12/2+mp1/ρ=mgZ2+mu22/2+mp2/ρ (1)同除mg得：理想狀態(tài)的伯努利方程Z1+u12/2g+p1/ρg=Z2+u22/2g+p2/ρg (2)Z：位壓頭〔m〕；u2/2g：動壓頭〔m〕;p/ρg：靜壓頭〔m〕;理想流體的伯努利方程Z1+u12/2g+p1/ρg=Z2+u22/2g+p2/ρg (2)gZ1+u12/2+p1/ρ=gZ2+u22/2+p2/ρ (3)2式各項的單位為m，3式各項的單位為J/kg.實際流體的伯努利方程gZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wf (4)Z1+u12/2g+p1/ρg+he=Z2+u22/2g+p2/ρg+hf (5)wf:摩擦損失或阻力損失；we：外界做的功；he：外加壓頭；hf：損失壓頭；各個方程的意義，各項的意義，各物理量的單位，理想狀態(tài)與實際狀態(tài)的區(qū)別。關于機械能恒算方程的討論使用機械能恒算方程時應注意的事項例1—6關于能頭轉化例1-7軸功的計算如圖所示用泵將河水打入洗滌塔中經(jīng)噴嘴噴出，噴淋下來后流入廢水池。已知管道尺寸為Φ114×4，流量為85m3/h,水在管路中流動時的總摩擦損失為10J/kg,噴頭處壓力較塔內壓力高20kPa，水從塔中流入下水道的損失忽略。求泵的有效功率。泵的有效功率泵的有效功率=泵的理論功率=Ne泵的軸功率=泵的實際功率=NaNe=Vρghe=mghe=mweNa=Ne/η η=Ne/NaNe的值是計算得來的，Na的值是買泵時標注在泵上的功率數(shù)。分析：Na—Ne—（he，we）--應用伯努力方程—在流體流動的方向上選兩個截面—列出各截面上的Z、u、p值---帶入伯努力方程進行計算解：已知d=114-8=106mm=0.106mV=85m3/h=85/3600=0.0236m3/s,wf=10J/kg,p1=0,u1=0，Z1=0，Z2=7U2=4V/πd2=(4×0.0236)/3.14×0.1062=2.68m/s,根據(jù)公式gZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wf要求we，必須知道p2/ρ。可以通過p3/ρ，求p2/ρ根據(jù)公式gZ3+u32/2+p3/ρ=gZ4+u42/2+p4/ρ因為u3=u4=0，Z4=0，p4=0所以gZ3+p3/ρ=0p3/ρ=-9.81×1.2=-11.77J/kgp2/ρ=p3/ρ+20000/ρ=-11.77+20=8.23J/kg代入上式gZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wfwe=7×9.81+2.682/2+8.23+10=90.49J/kgNe=mwe=ρVwe=1000×0.0236×90.49=2136w泵的有效功率=泵的理論功率=Ne;泵的軸功率=泵的實際功率=NaNe=Vρghe=mghe=mwe;Na=Ne/η η=Ne/Na

Ne的值是計算得來的，Na的值是買泵時標注在泵上的功率數(shù)。作業(yè)：用泵將容器A中的液體送入塔B中，容器內及塔內的表壓如圖所示。已知輸送液體的管子的直徑為Φ88×5，輸送量10kg/s，液體密度890kg/m3，液體流經(jīng)管路的總摩擦損失為124J/kg.求泵的有效功率。解：分別取1-1截面和2-2截面，列伯努利方程U2=(4m)/(πρd2)=(4×10)/3.14×890×0.0782=2.35m/sgZ1+u12/2+p1/ρ+we=gZ2+u22/2+p2/ρ+wfwe=gZ2+u22/2+p2/ρ+wf=9.81×33+2.352/2+2100000/890+124=323.73+2.76+2359.55+124=2810J/kgNe=mwe=10×2810=28100w=28.1kw答：泵的有效功率為28.1kw。補充題有一垂直的管道，內經(jīng)由Φ300漸縮至Φ200，水由下而上在管中流動，測得粗管口p1=150kPa細管口p2=100kPa,兩測壓點間垂直距離4.5m，若摩擦阻力忽略，試求水的體積流量。(m3/s)解：Z1=0,Z2=4.5m,P1=150KPa,P2=100KPa,he=0,hf=0V=A×u=(πd12/4)u1=(πd22/4)u2=d12u1=d22u2,u1=(d22/d12)u2=(0.32/0.22)u2=2.25u2代入方程解之：u1=1.7m/su2=3.83m/sV=0.12m3/s=432m3/h答：水的體積流量432m3/h§1、3.5摩擦阻力的計算摩擦阻力損失由兩部分組成——直管阻力和局部阻力。流體流經(jīng)直管時的機械能損失稱為直管摩擦損失。摩擦損失只發(fā)生在管件等局部位置故稱局部摩擦損失。阻力符號：wf〔J/kg〕，hf〔m〕,ΔP〔Pa〕1、直管摩擦損失計算通式：

wf=λLu2/2dhf=λLu2/2dg ΔP=λLu2ρ/2d

ΔP=ρghfhf=wf/g ΔP=ρghf=ρg2wf（1）層流時的λ值：λ=64/Re，Re=duρ/μ（2）湍流時的λ值：可用查圖法求，也可用公式法求。查圖法：需要Re和ε/d用45頁的圖1—32。練習：Re=8×105，ε/d=0.001，Re=3×104，ε/d=0.003，公式法：柏拉修斯公式λ=0.3164/Re0.25（2100<Re<105）λ=0.02λ=0.03摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)λ上圖所示是對數(shù)坐標,共分四個區(qū):1、層流:Re小于2000,λ=64/Re,是直線,λ與e/d無關。2、過渡區(qū):Re在2000和4000間,λ由湍流線延伸線查得。3、湍流:Re大于4000,虛線以下部分。高度湍流區(qū):虛線以上部分,λ與Re無關,只與ε有關。2、局部摩擦損失的計算局部摩擦損失的計算有兩種方法其一當量長度法，其二局部阻力系數(shù)法。當量長度法用當量長度共線圖在49頁

練習截止閥全開d=100mm,Le=12.5m方角彎頭d=60mm,Le=2m

總阻力wf=λ(L+∑Le)u2/2d局部阻力系數(shù)法wf=ξ(u2/2) hf=ξ(u2/2g)局部阻力系數(shù)可在50頁查找。局部阻力計算例：1-8將敞口高位槽中密度870kg/m3、黏度0.8×10-3Pa●s的溶液送入某設備B中。設B中壓力為10kPa（表）輸送管道為Φ38×2.5無縫鋼管，其直徑段部分總長為10m管路上有一個90℃標準彎頭，一個球心閥（全開）。為使溶液能以4m3/h的流量流入設備中，高位槽應高出設備多少。選取高位槽為1-1截面，管出口為2-2截面，列伯努力方程，求高度。簡單管路的計算例1-9已知自來水管（無縫鋼管）內水壓為2×105Pa（表），現(xiàn)需從該處引出一支管將20℃自來水以3m3/h的流量送至1000m的用戶（常壓），管路上有10個90℃標準彎頭，2個球心閥（半開），試計算該支管的直徑。例1-11用水塔給水槽供水，如圖所示，水塔和水槽均為敞口。已知水塔水面高出管出口12m，輸水管為Φ114×4，管路總長100m,(包括所有局部阻力的當量長度)管的絕對粗糙度ε=0.3水溫20°C。試求管路的輸水量。（體積流量）流量計的使用——轉子流量計作業(yè)88頁13題（標準閥=球心閥）主要符號說明p84，牢記20個符號、意義、單位一、用泵將敞口堿液貯槽中的堿液送往吸收塔頂,經(jīng)蓮蓬頭噴淋。已知堿液貯槽的堿液深度為1m,槽底至蓮蓬頭出口的垂直距離為9m,輸送管路為Φ85×2.5鋼管,堿液從蓮蓬頭噴淋的靜壓強為0.5atm(表壓),堿液的密度ρ=1100kg/m3粘度為0.025Pa*s，計算長度l+Σle=30m,堿液的流量為36000kg/h,若泵的效率為55%,問該泵的實際功率應為多少kW?作圖求解。二、某石油化工廠用Φ108×4的鋼管,每小時輸送密度為900kg/m3、粘度為80mPaS的油料20t,已知管路的總長度l+Σle=160km,管路允許壓力為60atm管路為水平安裝,問需要幾個加壓站?第三章流體輸送機械（一）教學目標：1.掌握離心泵的工作原理、特性曲線及流量的調節(jié)2.熟悉離心泵有關安裝高度的計算、類型及選用3.熟悉往復泵的工作原理、類型及流量調節(jié)4.了解氣體輸送機械的工作原理§3、1概述通常把輸送液體的機械稱為“液泵”或“泵”。把輸送氣體的機械稱為“風機”或“壓縮機”。將某封閉空間的氣體抽去，使之形成負壓的機械叫“真空泵”。流體輸送機械的分類

1、按輸送流體的相態(tài)分輸送流體的——泵，離心泵，往復泵等輸送氣體的——機。通風機，鼓風機，壓縮機等2、按機械原理分速度式容積式詳見表2-13、2速度式流體輸送機械速度式流體輸送機械——離心泵為什么能產(chǎn)生能量離心泵輸送流體的工作原理是利用葉輪高速旋轉，其中的葉片對流體作功，從而使流體的靜壓能和動能均有所增加。離心泵的結構離心泵的結構分：1、旋轉部分（葉輪、轉軸）2、靜止部分（吸入室、蝸殼）離心泵工作原理離心泵內的液體通過離心力的作用獲得能量。當液體由葉輪中心甩向外周時，吸入室內形成低壓，使被輸送液體的液面和吸入室之間形成了一個壓差，在該壓差的作用下液體經(jīng)吸入管源源不斷的進入泵內。離心泵分類目前使用最多的常用類型有：1、水泵2、耐腐蝕泵3、油泵4、雜質泵。離心泵的性能指標四個主要指標1、流量（定義），符號Q,單位（m3/s）2、揚程（壓頭），符號H,單位（m）離心泵的揚程或壓頭H是指單位質量液體通過泵獲得的有效能量。3、功率（定義），符號N,單位（W）功率分為有效功率和軸功率，經(jīng)過泵或風機后獲得的真實功率稱為有效功率，Ne軸功率Na為購買泵時標注功率。一般軸功率>有效功率。η=Ne/Na4、效率（定義），符號η,效率反映了能量的損失程度。離心泵的三條特性曲線曲線的形狀和變化趨勢（壓頭——流量）（功率——流量）（效率——流量）離心泵的工作點和流量調節(jié)1、管路的特性曲線—流體通過某一特定管路所需要的壓頭與流量的關系。該關系可用方程表示:he=A+BQ2

2、離心泵工作點的確定：將離心泵的H-Q與管路的特性曲線he-Q繪在一張圖上，則兩曲線的交點M就是離心泵工作點。此時，離心泵的流量和壓頭與管路所需要的流量和壓頭一致。書上例題2.1，分析題意離心泵的安裝和選用1、離心泵的氣蝕——定義及危害2、離心泵的氣蝕余量——最小氣蝕余量，允許氣蝕余量，3、安裝高度——最大安裝高度，允許安裝高度，實際安裝高度。4、離心泵的氣縛——定義及危害容積式的流體輸送機械1、往復泵的工作原理2、往復泵的優(yōu)點及用途、適應范圍3、往復泵的結構—主要由兩部分組成其一、把機械能轉換為液體壓力能的液力端（液缸體、活塞、吸入閥、排出閥）其二、將原動機的能量傳給液力端的傳動端（曲柄、連桿、十字頭等）往復泵的工作原理圖往復泵的特點及分類流體輸送機械的特點1、速度式流體輸送機械的特點2、容積式流體輸送機械的特點3、圖示各類泵的適應范圍第四章、熱量傳遞基礎教學目標：1.理解傳導傳熱和對流傳熱的傳熱機理,掌握基本方程及其應用2.學會有關傳熱問題計算的基本方法3.了解強化和抑制傳熱過程的途徑4.掌握圓形直管中對流給熱系數(shù)的計算5.了解熱交換器的基本結構和性能§4、1概述

熱是能量的一種形式，熱量是對熱在傳遞過程中的度量，它是一個過程量而非狀態(tài)量。只要有溫差就會有熱量傳遞。熱量是自發(fā)的從高溫向低溫傳遞。§4、1.1基本概念1、傳熱速率符號Q單位W表達式Q=Δt/R=過程推動力/過程阻力2、熱通量符號q單位W/m2表達式q=dQ/dA3、潛熱 包括：汽化熱、凝結熱、升華熱、溶解熱、結晶熱、稀釋熱等表達式Q=mγ4、顯熱 表達式Q=mCpΔt5、穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱6、溫度場與溫度梯度§4、1.2熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式為：傳導傳熱、對流傳熱、輻射傳熱。以上3種傳熱的定義、微觀機理、主要發(fā)生在的物體及狀態(tài)?！?、2熱傳導

§4、2.1熱傳導的基本定律——傅利葉定律傅利葉定律的定義及一維問題的表達式q=-λdt/dx其中：λ是導熱系數(shù)導熱系數(shù)λ的定義及單位及計算方法1、定義：導熱系數(shù)λ的物理意義為物體兩個面間溫差為1K，厚度為1m，每秒經(jīng)過1m2，傳熱面積所能傳導的熱量。2、導熱系數(shù)λ的單位：W/m°C或W/m

●K3、導熱系數(shù)λ的取值可查附錄表，從表中知λ氣<λ液<λ固4、一般來說,金屬的λ隨溫度升高而變小,大多數(shù)非金屬固體的λ隨溫度升高而變大。穩(wěn)態(tài)的熱傳導1、通過平面壁的熱傳導單層平面壁的熱傳導多層平面壁的熱傳導2、通過圓筒壁的熱傳導單層圓筒壁的熱傳導多層圓筒壁的熱傳導通過平面壁的熱傳導

（1）單層平面壁的熱傳導的計算公式為Q=(λ/b)AΔt=Δt/R，其中R=b/λA（R為熱阻）（2）多層平面壁的熱傳導的計算公式為Q=多層平面壁的熱傳導的計算公式

Q=補充題若爐灶的爐壁順序地由厚24cm的耐火磚（λ=0.9w/mk）,12cm的絕熱磚（λ=0.20w/mk）和24cm的建筑磚（λ=0.63w/mk）砌成，傳熱穩(wěn)定后，耐火磚的內壁溫度為940°C，普通磚的外壁溫度為50°C.試求各磚層交界面的溫度。（做圖求解）作業(yè)235頁第一題通過圓筒壁的熱傳導

（1）單層圓筒壁的熱傳導計算公式為

（2）多層圓筒壁的熱傳導計算公式為例4—1為了減少熱損失和保證安全工作條件，在外徑為159mm的蒸汽管道上包覆保溫層。蒸汽管道外壁溫度為300°C。保溫材料為水泥珍珠巖制品，水泥珍珠巖制品的導熱系數(shù)隨溫度的變化關系為λ=0.0651+0.000105t，其中，λ的單位（W/mK），要求包覆保溫層后外壁溫度不超過50°C，并要求將每米長度上的熱損失控制在300W/m，則保溫層的厚度為多少？解：保溫層平均工作溫度為t=(300+50)/2=175°C由此得保溫層的導熱系數(shù)λ=0.0651+0.000105×175=0.0835（W/mK）In(r2/r1)=2πλ〔(t1-t2)/(Q/L)〕In(d2/d1)=2πλ〔(t1-t2)/(Q/L)〕In(d2/0.159)=2×3.14×0.0835〔(300-50)/(300)〕d2=0.246m保溫層的厚度為（0.246-0.159）/2=0.0435m=43.5mm§4、3對流傳熱§4、3.1概述1、對流傳熱的定義：不同溫度的流體之間，流體與壁面之間做整體相對位移所發(fā)生的熱量傳遞過程稱為對流傳熱2、牛頓冷卻公式：Q=αAΔt或q=αΔt 研究對流傳熱的主要目的1、揭示對流傳熱的影響因素和內在聯(lián)系，2、確定對流傳熱系數(shù)α的具體表達式。影響對流傳熱（影響對流傳熱系數(shù)）的因素可以分為5個方面流體的相態(tài)變化；引起流動的原因；流體的流動狀態(tài)；流體的物理性質；傳熱面的幾何因素。對流傳熱系數(shù)α的計算公式對于單相流體對流傳熱，對流傳熱系數(shù)α主要與下列因素有關（u、L、μ、λ、ρ、Cp、gβ△t。）因此α=f（u、L、μ、λ、ρ、Cp、gβ△t）無因次準數(shù)NuRePrGr(準數(shù)名稱、定義式、物理意義表4—2)準數(shù)方程的建立、推導、定性溫度、特性長度、特性速度、使用條件。管內強制對流傳熱管內強制對流存在三個不同的區(qū)域Re<2300層流Re>10000湍流2300<Re<10000過渡狀態(tài)在三個區(qū)域內流體的對流傳熱規(guī)律不同。流體在圓形管道內做湍流時對流傳熱系數(shù)的計算Nu=Nu=αL/λ=αd/λ;α=Nu*（

λ/d）α=0.023

重要的是該公式的適應條件：1、流體在圓形管道內2、湍流流動Re>100003、當流體被加熱時n=0.4，當流體被冷卻時n=0.34、流體與管壁溫差不大5、Re=1*104——1.2*105Pr=0.7——1206、L/d>607、特性長度是管內經(jīng)d8、定性溫度是平均溫度流體管道內不同流動狀態(tài)下的對流傳熱系數(shù)的計算1、流體在圓形管道內做湍流時的對流傳熱系數(shù)的計算2、流體在圓形管道內呈過渡狀態(tài)時的對流傳熱系數(shù)的計算3、流體在圓形管道內做層流時的對流傳熱系數(shù)的計算4、流體在圓形彎管內流動時的對流傳熱系數(shù)的計算5、流體在非圓形管道內流動時的對流傳熱系數(shù)的計算作業(yè)：235（5、）有空氣層的傳導傳熱公式冷凝與沸騰傳熱1、冷凝傳熱冷凝的種類：膜狀冷凝珠狀冷凝珠狀冷凝的傳熱系數(shù)比膜狀冷凝高幾倍到幾十倍工業(yè)冷凝器設計一般都是按膜狀冷凝考慮冷凝傳熱過程中，ReL＜1800層流，ReL＞1800湍流。冷凝傳熱1、純蒸汽在豎壁上進行層流膜狀冷凝時的對流傳熱系數(shù)的計算適應條件：1、純蒸汽2、在豎壁上冷凝3、膜狀冷凝4、產(chǎn)生的液膜呈現(xiàn)穩(wěn)定的層流（ReL＜1800層流）2、純蒸汽在豎壁上進行湍流膜狀冷凝時的對流傳熱系數(shù)的計算3、水平單管和管束外的冷凝傳熱（冷凝液膜流動處于層流狀態(tài)）

適應條件：1、純蒸汽2、在水平壁或管束上冷凝3、膜狀冷凝4、產(chǎn)生的液膜呈現(xiàn)穩(wěn)定的層流（ReL＜1800層流）例4-6首先推導雷諾數(shù)的表達式，再講解例題。作業(yè)235（10、11、12）第5章傳熱過程計算與換熱器換熱器的分類與形式介紹各種換熱器，重點介紹列管式換熱器間壁式換熱器中的傳熱過程分析該過程分為三個部分：1、熱流體以對流傳熱的方式將熱量傳至固體壁面。2、熱量以熱傳導方式由間壁的熱側面?zhèn)鞯嚼鋫让妗?、冷流體以對流傳熱的方式將間壁傳來的熱量帶走。傳熱過程理論1、傳熱過程的基本方程Q=mhcph(th1-th2)=mccpc(tc2-tc1)=mr

2、總傳熱速率方程Q=KA△tm

K:總傳熱系數(shù)A:總傳熱面積

△tm傳熱過程中的平均溫差K:總傳熱系數(shù)的計算以傳熱的外表面做為基準用K0(用5-16)以傳熱的內表面做為基準用Ki(用5-17)表面積不加說明的用K(用5-18)例題5-1作業(yè)277頁（1、3、）△tm傳熱過程中的平均溫差的計算恒溫差的計算△tm=T-t變溫差的計算1、并流和逆流的傳熱溫差△tm=（△t1-△t2）/ln(△t1/△t2)補充題：在某規(guī)定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。熱流體的進出口溫度分別為120℃和70℃，冷流體的進出口溫度分別為20℃和60℃。若換熱器及其他條件不變，將并流改為逆流，試求冷熱流體的出口溫度？補充題：在某規(guī)定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。熱流體的進出口溫度分別為120℃和70℃，冷流體的進出口溫度分別為20℃和60℃。若換熱器及其他條件不變，將并流改為逆流，試求冷熱流體的出口溫度？第七章質量傳遞基礎1、質量傳遞的定義：2、質量傳遞的推動力：3、常見的傳質單元操作：相組成的表示法1、質量分數(shù)和摩爾分數(shù)2、質量比和摩爾比3、質量濃度和摩爾濃度例題作業(yè)在20℃的常壓下，測得1kg水中含氨0.02Kg,此時液面上的平衡分壓為1205Pa.。求氨在氣、液相中的摩爾分數(shù)、摩爾濃度、摩爾比。(x,y,X,Y,CAL,CAG)

第八章氣體吸收1、氣體吸收的定義：分離氣體混合物的單元操作。2、氣體吸收的依據(jù)：混合物中各組分在液相中的溶解度的差異。3、氣體吸收的設備：填料吸收塔板式塔4、有關術語：5、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應用：吸收過程分類1、按性質分物理吸收：溶質組分從氣相轉移到液相，沒有明顯的化學反應.如洗油吸收苯,水吸收二氧化碳等.化學吸收：吸收過程有明顯的化學反應. 化學吸收比物理吸收復雜得多，不僅僅要考慮到氣液平衡關系，還要考慮化學反應速率及化學平衡.2、按吸收的組分數(shù)分

單組分吸收：吸收一種物質多組分吸收：同時吸收兩種以上物質3、按吸收的溫度變化分

等溫吸收非等溫吸收我們研究的是低濃度單組分的等溫物理吸收.吸收的相平衡基礎1、氣-液平衡關系氣-液平衡關系的定義平衡分壓的定義平衡濃度的定義溶解度的定義亨利定律亨利定律是稀溶液重要的經(jīng)驗定律，在低壓和一定溫度下，氣、液相達平衡狀態(tài)時，可溶氣體在氣相中的平衡分壓與溶質在液相中的濃度之間的關系。1、數(shù)學表達式有三種形式2、三個系數(shù)之間的關系式吸收過程模型最經(jīng)典、最易理解的是雙膜理論，1927年路斯易—霍夫邁提出的.(85年)雙膜理論認為：當氣體與液體接觸時，即使流體的主體是湍流，但氣液兩相界面處仍分別存在有穩(wěn)定的氣膜和液膜（層流）,吸收過程是吸收質分子從氣相主體運動到氣膜，再以分子擴散的方式通過氣膜到達氣液相界面，在界面處吸收質溶入液相，再從液面界面處以分子擴散形式通過液膜而進入液相主體.基本要點有四：1)氣液兩相間有一穩(wěn)定界面，界面兩側各有一氣膜和液膜，不論流體主體流動狀況如何，氣、液膜中總是層流，吸收質分子以分子擴散的形式通過氣、液兩膜.2)在相界面處，氣液兩相處于平衡狀態(tài)，滿足平衡關系.3)在氣膜和液膜以外的流體主體中，流體運動狀態(tài)為湍流，溶質組分在主體中的濃度均勻一致，無濃差，無傳質阻力.4)若氣相主體吸收質分壓為PG，界面氣膜吸收質分壓為Pi，則推動力為，PG-Pi,液相吸收推動力為Ci-CL.吸收過程解吸過程氣相主體液相主體吸收及解析傳質方向傳質速率方程由雙膜理論可知氣相傳質速率方程：NA=kG(PG-Pi)=kY(y-yi)kY=kGP