化工原理知识点学习

第一章 流 体 流 动
一．基本内容
1． 流体静力学方程及应用
2． 稳定流动系统物料衡算——连续性方程
机械能衡算——柏努利方程 3． 管内流体流动阻力： （1） 两种流动类型及判断。

（2） 流动阻力计算：直管阻力和局部阻力 二．基本概念
1． 稳定流动：与流动有关的物理量不随时间的改变，但可随位置而改变，其质量流量为常数。

2． 等压面：静止连续同一流体，同一水平面。

3． 滞流与湍流，滞流底层： （1） 两种流动类型本质区别在于流体质点运动规律不同； （2） 在湍流流体中近壁面处总存在一薄层滞流流体，称为滞流底层（层流内层）； （3） 滞流与湍流之速度分布：
a ． 层流：点速度ur 与其所处半径r 成抛物线关系，平均流速u 为管中心线处最大速度umax 的1/2倍。

b ．湍流：平均流速u 为umax 的0.8~0.82倍。

4． 流体流动阻力产生的原因：流体存在粘性，流动时产生粘滞力（内摩檫力），质点的相互作用（包括质点的脉动以及由
于流道截面大小及方向的改变引起的）； 5． 串联管路，并联管路及其特点： （1） 串联管路：管径不同的管段串联而成
特点：①w 1=w 2=……=w ，㎏/s 各管段相同；ρ=常数， V1=V2=……=V ，s m /3
；
②⋅
⋅⋅⋅⋅⋅++=∑21f f f h h h
，J/㎏ 总阻力等于各段阻力之和。

（2） 并联管路：先分后合的管路
特点：①w=w 1+w 2+……，㎏/s 总管流率等于各管段流率之和；
②
∑∑∑==21f f f h
h h ……， J/kg 各支管段（每kg 流体）阻力相等。

6．管路视作一整体，存在能量平衡：
（1）任何局部阻力的增加，将使管内流量下降； （2）下游阻力↑，使上游压力↑
（3）上游阻力↑，使下游压力↓
（4）阻力损失总是表现为势能的降低。

7．当量直径
e d ，水力半径h r ：
∏=
=A r d k e 44，∏=A
r h
三．基本公式：
1． 流体静力学方程：gh p p ρ+=12,Pa
J/kg
2
21
1，ρ
ρ
p gz p gz +
=+
,
水平液柱差压计：
0()p R g ρρ∆=-，Pa 。

若直管管径不变时：读数R[即△P f =0()R g ρρ-]反映流动阻力； 若管径不同：读数R[即△P f =
0()R g ρρ-]反映流动阻力与动能改变。

2． 流量公式：V s =u ·A , 3
m /s,
A V u s
=
或, m/s
圆形管道，
2
2,4
m d A π
=
管径的计算式，
u
V d s
4
π
=
，m
3. 流量计：
ρp
A
c V ∆⋅=2, s m /3
而其中 ρp
c
u ∆=2
不同流量计压差ΔP 与截面A 不同
（1） 孔板流量计：
2
04
o A A d π
==
，
0d ——孔径，m
g R p )(0ρρ-=∆
故恒截面（A 0） 变压差（R ⇒ΔP ）
（2）转子流量计：R A A =；R A ——玻管与转子间环隙截面积，m ²
()
f f f
V p g
A ρρ-∆=
,
,,f f f
V A ρ均为转子的参数。

故恒压差（p ∆）变截面（R A 倒锥形） 4. 连续性方程：w 1=w 2=……w ，㎏/s ρ=常数，
s s s V V V =⋅⋅⋅==21, m ³/s;
1u A ∝
, 2
1
u d ∝
5.柏努利方程：
ρ=常数，22
1
122
1222e f p u p u gz W gz h ρρ+++=+++∑　,J/kg
∑+++=+++f
e H g u g p z H g u g p z 222
2
222111ρρ， m ，压头
6.阻力计算
2
'()
2e
f
f f
l l u h
h h d
λ
ξ+=+=+∑∑∑∑, J/kg
∑=∆f
f h p ρ, (注意
f
p ∆压降与ΔP 压差区别)
)
,(d R f e ε
λ=
u
h
R R f
e
e ∝=
≤∑,64(2000λ层流）
12
2000(,)
e e
f R f R h u d
ε
λ->=∝∑时
查图，
完全湍流
2
,
u h
d f f
∝⎪⎭
⎫
⎝⎛=∑ελ
第二章 流体输送设备
一． 基本内容
1． 离心泵的基本构造及工作原理； 2． 离心泵主要性能参数及特性曲线； 3． 离心泵安装高度；
4． 管路特性曲线及离心泵流量调节； 5． 离心泵类型及选用； 6． 其他类型泵及风机。

二． 基本概念
1． 离心泵的主要部件：叶轮（开式，半开式，闭式），泵壳（蜗壳形，可将动能转变为静压能），轴封装置（填料轴封，
机械轴封）
2． 离心泵的主要性能参数：由泵自身结构、形状、尺寸及转速决定 H ，m （扬程）； Q, m ³/h （流量）； η,%（效率）； N,W （轴功率）
（1）其相互关系由特性曲线反映：
一般Q ↑ H ↓ ；Q ↑ N ↑；而η随Q 先↑后↓有一最高点，称设计点，（铭牌数值均为该点）
（2）密度ρ↑：H ，Q 不变； N ↑；
流体粘度μ↑：H ↓ ，Q ↓，η↓ ，N ↑ （3）转速n ，叶轮直径D 的改变
3
21212
21212
121,,
⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛==n n N N n n H H n n
Q Q 比例定律：
切割定律：3
21
212
21
212
1
21,,⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛==D D N N D D H H D D Q Q
3． 气缚现象：离心泵启动前未充满液体，泵壳内存在空气，由于空气密度小，产生之离心力较小，吸入口形成的真空
不足以吸液，故不能输送液体。

可通过先灌液，或在吸入管底部装上底阀（止逆阀）来克服气缚现象。

4． 汽蚀现象：在离心泵叶轮入口压力最低处，若该处液体的压力等于或低于输送液体温度下的饱和蒸汽压时，会产生
大量气泡，小气泡随液体流到高压区时气泡破裂，重新凝结，质点相互撞击，产生极高局部动能，打击金属表面，金属表面逐渐疲劳而破坏。

产生汽蚀现象时，泵体震动，产生噪音。

为避免汽蚀现象产生，泵的安装位置不能太高。

5． 离心泵安装高度Hg ：
g g H H ≥际
实
6． 离心泵工作点：为管路特性曲线与离心泵特性曲线交点
流量调节：（1）改变出口阀门开度（实为改变管路特性曲线）； （2）改变转速n 或叶轮直径D （实为改变离心泵特性曲线）。

7. 离心泵选型：（离心泵提供的）H ，Q 同时稍大于He ，Qe （管路所需） 8. 往复泵与离心泵比较：
（1） 流量：往复泵流量只与泵的几何尺寸有关，而与泵的压头及管路情况无关。

当运转时要强制排液，故往复泵为
一种容积泵（正位移泵）。

（2）压头：压头与泵的几何尺寸及流量无关。

（3）安装高度：往复泵也是借压差吸液，但有自吸能力（无需灌液）。

其吸上高度（安装高度）也有限制。

（4）流量调节：往复泵为容积泵，其流量调节不能采用出口阀门，只能采用回路调节装置，即用支路阀门调节。

三． 基本公式：
1． 泵的扬程测定：
()0
H 12≈+++
-=∑∑f
f H
H g
p p z z ，表
真ρ
2． 管路特性方程：
5
22
)4(2)(d g l l B g
p
z K BQ K H e e
e πλρ∑+=
∆+∆=+=，，其中
3.安装高度： 必需气蚀余量r NPSH ()
()001
0.5v
f r p p H
g NPSH H g ρ--⎡⎤=
-+-⎣⎦∑
4.轴功率 η
ρg
HQ N =
，W
而有效功率
，w W g HQ N e e ==ρw （e N 不为泵的主要性能参数）
第三章 非均相物系分离
一．基本内容：每个单元操作包括原理及应用两部分 1.重力沉降 2.离心沉降 3.过滤 二．重力沉降 1.基本概念
（1）重力沉降速度ut ：自由沉降至匀速阶段，当物系及操作条件一定时，
u t 与d 对应，d ↑ ut ↑； d 一定，ut 一定
（2）降尘室生产能力：单位时间内所处理的气量，m ³/h ，
对一定物系降尘室生产能力只取决于降尘室底面积，与高度无关。

（3）降尘室中颗粒分离出来的条件：停留时间θ=t t u H u L θ=≥沉降时间
2.基本公式：
（1） ξρρρ3)(4g
d u s t -=
Re ≤1 层流时 μρρ18)(2g d u s t -=
（斯托克斯公式）
（2）Vs ≤ut (L ·b ), （L ·b ）为沉降面积，Vs 取决于沉降面积
t t u H
u L θθ=≥=
H L
u u t ≤∴
三．离心沉降
1.基本概念
（1）离心沉降速度u r ：
当物系及操作条件一定时，u r 不仅与d 有关，还与离心加速度2/T u R 有关， 同一颗粒d ，T u ↑ R ↓ ，则u r
↑。

（2）分离因数C K ：同一颗粒所受离心力与重力之比，反映离心力场较重力场强化程度。

（3）旋风分离器的临界粒径
c d ：理论上能100%分离下来的最小颗粒直径。

2.基本公式：
（1）
r u =
，
Re ≤1 ，
R u d u T
s r 2
218)(⋅
-=μρρ （2）
2
2T
c u R K g Rg ω==
四．过滤
1.基本概念
（1）过滤阻力：⎧⎪
⎧⎨
⎨⎪
⎩⎩
过滤介质阻力滤饼厚度滤饼阻力颗粒情况：颗粒形状、大小、粒度分布及压缩性 以滤饼阻力为主
（2）两种过滤操作方式
恒压过滤：推动力ΔP 不变，dV
d θ随时间θ而↓
恒速过滤：ΔP 随时间θ而↑ （3）过滤速度及速率
过滤速率：3,
/dV m s
d θ
过滤速度：32,
/dV
m m s
Ad θ
⋅
（4)过滤周期四个阶段：过滤、洗涤、去湿、整理卸料。

2.基本公式
（1） 恒压过滤方程：
()()e e e KA V V KA VV V θθθ+=+=+22222；
或
()()e e e K q q K qq q θθθ+=+=+222；
注意：
(1) K , e V (e q ), e θ---过滤常数，实验测定。

K ，m ²/s ； e V , m ³；e q =e V /A, m ³/m ²；e θ, s ；
(2) V (q )及θ为累积量；
（3）V ,（q ）均反映过程阻力，V e (q e )反映介质阻力。

（4）忽略介质阻力，则
00e e e V q θ=(=0),
=
（2）恒压过滤机的生产能力Q ：
T V
Q 3600=
，m ³/h
，D W T θθθ++=sec 其中V ，θ对应于恒压过滤方程。

qw
对于转筒真空过滤机：T=60/n ，s ，θ=60/（n ·ψ），s
DL A π=(侧面积)
（3） 洗涤速率（dv/d θ）W :
横穿洗涤法（框板过滤机）： =⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛w d V
d θ
E d V
d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛θ
41
E d V d ⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛θ()e E V V KA +=22
或 2()E e dq K d q q θ
=+E （） （4）板框过滤机：框数为N ，框内边长为L ，框内厚度为b
过滤面积A=N ·2L ×2 ；滤框容积 V 框=N × 2
L ×b ；
（5）滤液体积V 与滤饼体积
饼
V
v
V V ⋅=饼，3
m ，其中v ，
3饼m /3液
m 。

第六章 传 热
一． 基本内容
1. 导热速率——傅立叶定律
2. 对流传热速率——牛顿冷却定律
3. 传热计算——传热速率方程
4. 热量衡算 二． 基本概念
1．传热的三种基本方式：导热、对流传热、热辐射 2．导热系数λ：
非
金气非金属液固固体中λλλλλ>>>;；气体可视为热的绝缘体。

3. 对流传热系数α：取决于（1）流体物性；（2）流动情况；（3）传热面情况。

无相变
相变层湍气液αααααα>>>;;；
αα〉弯直，αα〉短管长管；
空气中自然对流2110/w m K α=； 空气中强制对流K m w ⋅=2250~10α； 水的强制对流~250=αK m w 210000； 水蒸气冷凝
k m w 2
15000~5000; 水沸腾 1500～45000 k m w ⋅2
4．稳定传热中，传热速率为常数,则推动力(温度差)与阻力成正比
（1）导热热阻s b λ；对流传热热阻s α1；总热阻Ks 1
；
（2）总热阻取决于热阻最大部分，减阻必须从阻力最大部分入手； （3）壁温接近于热阻小(或α大)的一侧流体的温度。

5．减阻
（1）无相变传热：减薄层流内层厚度；
（2）蒸汽冷凝：减薄冷凝液膜厚，排除不凝性气体；
（3）大容器内液体沸腾：保持泡核沸腾阶段，促使气泡产生、长大、上升。

三． 基本公式
1．导热速率:
i i i
i mi mi i i i i n
i mi
i i
n S S S S S S b t t S b t t Q 1
11
111ln ;+++=+-=
-=-=
∑λλ
薄壁:
21i
i mi S S S +=
+
对圆筒壁: S ——侧面积，i S 2i i d L r L ππ==
i i i n
i i i r r L t t Q 1
1
1
ln 121+=+∑
-=
λπ
2. 对流传热速率:
221111S t
t S T T Q w
W αα-=-=
3. 总传热速率方程:
对应与；S K KS t T Q m
1)(-=
)(21
2)()(ln 1
121212
1
21000000t t t t t t t t t t d d R d d d bd R K m m i si i i m S ∆+∆=∆≤∆∆∆∆∆-∆=
∆++++=，小大若；αλα
4. 热量衡算式
两侧均无相变且不考虑热损失
m pc c ph h t KS t t C W T T C W Q ∆=-=-=)()(1221
5. 圆形直管内作强制湍流时：
水〈μμ2时
0.80.8
4
0.2
0.023
()()n=0.4n=0.3Re 10p n
i i i i i C d u d u d μρλαμλ
α=≥∝；被加热，被冷却，
湍流，。