化工原理復習總結

流體：密度單位體積流體的質量比容單位質量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)V=V/m=1/混合物靜力學基本方程液封，確保設備安全：當設備內壓力超過規(guī)定值時，氣體從液封管排出；防止氣柜內氣體泄漏高度h=P(表)/體積流量Vs質量流量msms=Vs流速u質量流速G流速選擇管徑定態(tài)流動,管路中流體無增加和損失即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內徑的平方成反比。定態(tài)流動能量衡算:內能U,位能zg,動能1/2u2靜壓能Fl=PV1kgP/熱qe外功We實際流體的機械能衡算以單位質量：不可壓縮無熱交換溫度不變設1kg流體損失的能量為ΣWf單位（J/kg）以單位重量，同除g單位是m令位壓頭動壓頭靜壓頭外加壓頭壓頭損失以單位體積同乘以=壓力損失理想衡算，流動中沒有摩擦阻力有效功率Ne=msWe軸功率N=Ne/?牛頓粘性定律μ：Pa*s內摩擦力剪應力法相速度梯度1/s粘度：流體流動時在與流動方向垂直的方向上產生單位速度梯度所需的剪應力液體T↑→m↓一般氣體T↑→m↑超高壓氣體p↑→m↑粘度cP(厘泊）1cP＝10-3Pa·s動力粘度m2/s雷諾數(shù)Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關系，標志著流體流動的湍動程度Re≤2000時，流動為層流（滯流），此區(qū)稱為層流區(qū)Re≥4000時，一般出現(xiàn)湍流（紊流），此區(qū)稱為湍流區(qū)2000<Re<4000時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)流體在圓形直管內層流流動時，其速度呈拋物線分布層流流動時的平均速度為管中心最大速度的1/2。流動邊界層：存在著較大速度梯度的流體層區(qū)域，即流速降為主體流速的99％以內的區(qū)域。邊界層厚度：邊界層外緣與壁面間的垂直距離邊界層區(qū)考慮粘度和剪應力，主流區(qū)可視為理想流體層流邊界層：在平板的前段，邊界層內的流型為層流湍流邊界層：離平板前沿一段距離后，邊界層內的流型轉為湍流Re越大，湍動程度越高，層流內層厚度越薄層流內層為傳遞過程的主要阻力邊界層分離的必要條件：流體具有粘性；流動過程中存在逆壓梯度邊界層分離的后果：產生大量旋渦；造成較大的能量損失直管阻力：流體流經一定直徑的直管時由于內摩擦而產生的阻力局部阻力：流體流經管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。阻力的表現(xiàn)形式：流體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少，水平安裝時，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差皮托管測量流體的點速度，可測速度孔板流量計的測量范圍受U形壓差計量程決定。安裝在穩(wěn)定流段，上游l>10d，下游l>5d；結構簡單，制造與安裝方便；能量損失較大文丘里流量計屬差壓式流量計，能量損失小，造價高轉子流量計：永遠垂直安裝，且下進、上出，安裝支路，以便于檢修。讀數(shù)方便，流動阻力很小，測量范圍寬，測量精度較高；（3）玻璃管不能經受高溫和高壓，在安裝使用過程中玻璃容易破碎直管定態(tài)流動：推動力=摩擦力=損失的能量=令，則（范寧公式）壓頭損失壓力損失層流，成正比。與無關，只與Re有關湍流，λ與Re無關，只與有關湍流光管Re＝5×103～105絕對粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度相對粗糙度/d：絕對粗糙度與管內徑的比值局部阻力：阻力系數(shù)法ζ——局部阻力系數(shù)，J/kg，J/N=m1、突然擴大：2、突然縮小：3、管進出口：ζ進口=0.5進口阻力系數(shù)ζ出口=1出口阻力系數(shù)4、管件與閥門當量長度法，將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為Le的直管所產生的阻力Le——管件或閥門的當量長度，m總阻力，減少流動阻力的途徑：管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；盡量不安裝不必要的管件和閥門等；管徑適當大些簡單管路（1）流體通過各管段的質量流量不變，對于不可壓縮流體，則體積流量也不變(2)整個管路的總能量損失等于各段能量損失之和設計型計算：設計要求：規(guī)定輸液量Vs，確定一經濟的管徑及供液點提供的位能z1(或靜壓能p1)。給定條件：（1）供液與需液點的距離，即管長l；（2）管道材料與管件的配置，即e及Σξ;(3)需液點的位置z2及壓力p2；(4)輸送機械We。選擇適宜流速，確定經濟管徑操作型計算，已知：管子d、e、l，管件和閥門，供液點z1、p1，需液點的z2、p2，輸送機械We；求：流體的流速u及供液量VS已知：管子d、el、管件和閥門、流量Vs等，求：供液點的位置z1；或供液點的壓力p1；或輸送機械有效功We閥關小，閥門局部阻力系數(shù)z↑→Wf,A-B↑→流速u↓→即流量↓；復雜管路：并聯(lián)，主管中的流量為并聯(lián)的各支路流量之和并聯(lián)管路中各支路的能量損失均相等計算并聯(lián)管路阻力時，僅取其中一支路即可，不能重復計算支管越長、管徑越小、阻力系數(shù)越大——流量越小分支匯合，主管中的流量為各支路流量之和流體在各支管流動終了時的總機械能與能量損失之和相等汽蝕現(xiàn)象：液相中生成大量小氣泡且隨液體流經葉輪而壓強急劇升高而迅速消失。消失時，四周的液體涌向原氣泡空間而相互撞擊，可發(fā)生幾百大氣壓的局部壓強，平率高達每秒數(shù)千次。水擊作用在葉片表面，使金屬疲勞，金屬晶粒剝落而腐蝕。原因，安裝高度太高，被輸送流體的溫度太高，液體蒸汽壓過高；吸入管路阻力或壓頭損失太高流體輸送機械按結構和運行方式分：離心式，旋轉式，往復式，流體作用式離心泵：葉輪葉片泵殼汲水管壓水管調節(jié)閥葉輪：敞式半蔽式蔽式（有前后蓋板）葉輪內液體的修正壓強隨旋轉半徑的增大而增大泵殼引水道截面沿葉輪轉向組建擴大，因為該通道要接納從葉輪外邊緣處射流出的液體，要滿足流量增大但流速不增大的最低要求，并且要求液體流速進一步降低，使動能轉變?yōu)殪o壓能，以提高泵出口處液體的靜壓強吸上原理與氣縛現(xiàn)象，葉輪中心低壓的形成—液體高速離開，Dpμr，泵內有氣，則rˉ泵入口壓力-液體不能吸上——氣縛啟動前灌泵平衡孔可以消除軸向推力，導輪可以減少能量損失離心泵性能曲線分析有效功率Q體積流量V效率?小于1，有容積損失，水力損失，機械損失離心泵的實際壓頭要比理論壓頭小，流體流經離心泵的泵體時，會有環(huán)流損失，摩擦損失，沖擊損失1、H~Q曲線，Q-，Hˉ。Q很小時可能例外2、N~Q曲線：Q-，N-大流量?大電機關閉出口閥啟動泵，啟動電流最小3、h~Q曲線：小Q-，h-；大Q-，hˉ、?hmax影響因素:1流體的性質,（H，Q，h）與r無關r-,(N、Ne)-m-，（H，Q，h）ˉN-2轉速-比例定律n±20%以內3葉輪直徑-切割定律D-5%以內流量調節(jié)：關小出口閥??le-?管特線變陡?工作點左上移?H-，Qˉ，開大時相反n-?泵H~Q曲線上移?工作點右上移，H-，Q-離心式風機的結構特點：1葉輪直徑較大—適應大風量2葉片數(shù)較多，3葉片有平直、前彎、后彎，不求高效率時——前彎4機殼內逐漸擴大的通道及出口截面常為為矩形離心泵的安裝高度：液面到泵入口處的垂直距離HgP1入口處P0液面Hg-，則p1ˉ當p1<pv，會發(fā)生氣蝕?，F(xiàn)象有：泵體振動并發(fā)出噪音，H,Qˉˉ,嚴重時不送液時間長久，水錘沖擊和化學腐蝕，損壞葉片確定氣蝕余量Pv是液體的飽和蒸汽壓安全余量e=0.3有效汽蝕余量有效允許必須由Δh計算允許安裝高度HgmaxHgmax大小~Q。Q-，則Hgmaxˉ，保險-安裝泵時為保險，Hg比Hgmax還要小0.5至1米離心泵的類型：清水泵，耐腐蝕泵，油泵，雜質泵單雙吸泵單多級泵離心泵的選用1根據(jù)液體的性質確定類型2，確定管路流量和所需外加壓頭。Q?生產任務，H?管路的特性方程3根據(jù)所需Q和H確定泵的型號，離心泵的安裝：安裝高度應小于允許安裝高度2盡量減少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；調節(jié)閥應裝于出口管路操作：啟動前應灌泵，并排氣。應在出口閥關閉的情況下啟動泵。停泵前先關閉出口閥，以免損壞葉輪。經常檢查軸封情況顆粒沉降受力重力離心力重力沉降速度u0重力-浮力-阻力=顆粒質量×加速度u-，阻力-，加速度ˉ加速度=0時，u=u0——沉降速度離心沉降速度實際速度的徑向分量軌跡為逐漸擴大的螺旋線層流區(qū)：不發(fā)生邊界層分離，表皮阻力占主導地位過渡區(qū)：開始邊界層分離湍流區(qū)形體阻力占主導地位阻力μu2阻力系數(shù)與Re0無關降塵室工作原理：氣體入室?減速顆粒的沉降運動&隨氣體運動沉降運動時間<氣體停留時間?分離d-，容易除去氣量Vˉ，容易除去最大處理量Vmax~(100%去除的)d,A0，與H無關過濾原理固液混合外力驅動多孔介質顆粒截留液體通過洗滌——回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質介質：織物介質堆積介質多孔固體介質多孔膜板框式壓濾機濾漿由總管入框?框內形成濾餅?濾液穿過餅和布?經每板上旋塞排出(明流)?從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流)橫貫洗滌洗滌液由總管入板?濾布?濾餅?濾布?非洗滌板?排出洗滌面=(1/2)過濾面積置換洗滌洗滌液行程與濾液相同。洗滌面=過濾面恒壓過濾方程式——過濾常數(shù)（m2/s）（）過濾操作周期總時間過濾時間洗滌時間卸渣清理裝合生產能力：一個操作周期中，單位時間內得到的濾液或濾餅體積傳熱過程在化工過程中可以加熱或冷卻，換熱，保溫。三種基本方式：熱傳導，對流，熱輻射熱傳導，沒有物質宏觀位移氣體分子做不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結果固體導電體：自由電子在晶格間的運動非導電體：通過晶格結構的振動來實現(xiàn)的液體機理復雜對流：流體內部質點發(fā)生相對位移的熱量傳遞過程自然對流強制對流熱輻射，物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射能量轉移、能量形式的轉化不需要任何物質作媒介冷熱流體熱交換形式：間壁式換熱（套管式，列管式換熱器）混合式換熱蓄熱式換熱（結構簡單，耐高溫，設備體積大，有一定程度混合）熱負荷Q’：工藝要求，同種流體需要溫升或溫降時，吸收或放出的熱量，單位J/s或W。傳熱速率Q：熱流量，單位時間內通過換熱器的整個傳熱面?zhèn)鬟f的熱量，單位J/s或W。熱流密度q：熱通量，單位時間內通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位J/(s.m2)或W/m2溫度場：某時刻，物體或空間各點的溫度分布等溫面：同一時刻，溫度場中溫度相同的點組成的面不同溫度的等溫面不相交溫度梯度是一個點的概念是一個向量，方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增的方向為正一維穩(wěn)定熱傳導傅立葉定律熱傳導速率w或J/sdA──導熱面積，m2?t/?n──溫度梯度，℃/m或K/ml──導熱系數(shù)W/(m·℃)或W/(m·K)越大則導熱性能越好負號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反用熱通量表示導熱系數(shù)單位溫度梯度下的熱通量l金屬固體>l非金屬固體>l液體>l氣體純金屬>合金溫度系數(shù)a<0，t-lˉ非金屬與密度成正關系a>0，t-l-液體金屬液體l較高，非金屬液體l低，水的l最大一般來說，純液體的大于溶液t-lˉ（除水和甘油）氣體t-l-氣體不利用導熱，但可用來保溫或隔熱平壁單壁=b平壁厚度圓壁傳熱1內2外對流傳熱速率——牛頓冷卻定律a──對流傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)Tw──壁溫T──流體平均溫度A──傳熱面積影響對流傳熱系數(shù)a的因素a強>a自1引起流動的原因,自然對流：由于流體內部密度差引起流體的流動。強制對流：由于外力和壓差引起的流動2流體的物性r，m，l，cp3湍流大于層流4傳熱面的形狀，大小和位置5是否發(fā)生相變蒸汽冷凝、液體沸騰相變大于不相變圓直管強制湍流流體被加熱時，k＝0.4；被冷卻時，k＝0.3圓形管內強制層流:1）物性特別是粘度受管內溫度不均勻性影響，導致速度分布受熱流方向影響。2）層流的對流傳熱系數(shù)受自然對流影響嚴重使得對流傳熱系數(shù)提高。3）層流要求的進口段長度長，實際進口段小時，對流傳熱系數(shù)提高有相變時:蒸汽冷凝冷凝方式：滴狀冷凝>膜狀冷凝冷凝過程的熱阻：液膜的厚度d水平管束豎壁或豎管冷凝傳熱的影響因素和強化措施流體物性冷凝液r-mˉdˉ,a-；冷凝液l-,a-；潛熱r-dˉ,a-2)溫差液膜層流流動時，Dt=ts－tW-，d-,aˉ3)不凝氣體不凝氣體存在，導致aˉˉ，定期排放。4）蒸汽流速與流向（u>10m/s）同向時，dˉa-；反向時，d-aˉ；u--a-5)蒸汽過熱包括冷卻和冷凝兩個過程。6)冷凝面的形狀和位置目的：減少冷凝液膜的厚度垂直板或管：開縱向溝槽；水平管束：可采用錯列沸騰傳熱的影響因素及強化措施1）液體的性質強化措施：加表面活性劑（乙醇、丙酮等2）溫差在核狀沸騰階段溫差提高，a-3）操作壓強4）加熱面新的、潔凈的、粗糙的加熱面，a大強化措施：將表面腐蝕，燒結金屬?？倐鳠崴俾史匠蘇在數(shù)值上等于單位傳熱面積、單位熱、冷流體溫差下的傳熱速率，反映傳熱過程的強度熱量衡算J/s；G1,G2──熱冷流體的質量流量，kg/s；cp1,cp2──熱冷流體的比熱容，J/(s.℃)；h1,h2──冷流體的進出口焓，J/kg；H1,H2──熱流體的進出口焓，J/kgR1，R2傳熱面兩側的污垢熱阻m2·K/W輻射傳熱總能量Q；被物體吸收QA；被反射QR；穿過物體QD固體、液體：D=0R+A=1氣體：R=0A+D=1物體的黑度e：物體的種類、表面溫度、表面狀況、波長。是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度克?；舴蚨扇魏挝矬w的發(fā)射能力與吸收率的比值均相同，且等于同溫度下絕對黑體的發(fā)射能力。物體的發(fā)射能力越強，其吸收率越大。（2）A=e即同溫度下，物體的吸收率與黑度在數(shù)值上相等。3Ａ＜１，Ｅ＜Ｅ０，即在任何溫度下，各種物體中以絕對黑體的發(fā)射能力為最大影響輻射傳熱的因素1.溫度的影響ＱμDT4，低溫時可忽略，高溫時可能成為主要方式2.幾何位置的影響3.表面黑度的影響Ｑμe，可通過改變黑度的大小