北理化原教学要求2013

1-1 流体静力学方程及应用的教学基本要求教学基本要求重点掌握1、流体静力学方程及应用2、连续性方程与柏努力方程及其应用3、流体流动状态及流型4、直管阻力及局部阻力计算5、流量的测量掌握1、流体密度的计算、粘度及单位2、压强、压强表示法及测量3、流量、流速了解1、牛顿黏性定律2、流体在管内的速度分布3 复杂管路的计算第二章流体输送机械1 概述本章重点是：以泵为代表的输送机械的选用、安装、操作等问题输送机械的分类动力式（叶轮式）：以高速选转的叶轮式流体获得能量包括离心式、轴流式。

容积式（正位移式）：以活塞或转子的挤压使流体升压获得能量其他类：不属以上两类如喷射式通常输送液体机械称之为泵，输送气体的机械按压强高低分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。

2 离心泵离心泵叶轮-闭式、半闭式、开式2.1离心泵的工作原理2.2 离心泵的主要性能参数流量—离心泵单位时间排送到管路系统的液体体积。

Q ; m3/s扬程（压头）—离心泵对单位重量流体所提供的有效能量。

H; m效率—η，用效率反映能量损失的大小。

包括：容积损失ηv：泵的液体泄漏造成的损失机械损失ηm：泵轴与轴承、填料函之间以及叶轮与液体之间的摩擦损失水利损失ηb：黏性流体流过泵体内部的能量损失轴功率—泵轴所需功率。

N；N= N e/ η Ne=QH ρ g N =QHρ/102η2.3 离心泵的特性曲线特性曲线一般由三条线组成：H—Q、N—Q、η— Q关系曲线。

出厂前由厂家提供。

H—Q线：Q增大，H降低N—Q线：Q增大，N增大，当Q= Qmin 时， N最小→泵启动前应先关闭出口阀，以保护电机。

η— Q关系曲线：存在一最高效率点—设计点—对应最佳工况参数。

离心泵性能曲线测定方法仪器与装置：真空表、压力表、流量计、功率表。

储槽、管线与泵连接组成循环管路。

原理：流体流动规律—柏努力方程泵的性能改变及换算密度ρ的影响：H、 Q与ρ无关，η也不变H—Q、η— Q线不变。

轴功率需重新计算黏度μ的影响：H、Q、η均变，N也变。

需求换算系数转速n的影响：若黏度μ小，η变化不大，满足比例定律：Q ∝n ; H ∝n2; N∝n3 。

叶轮直径D的影响：D变化不大，n不变时，有比例定律Q ∝D ; H ∝D2; N∝D32.4 泵的安装高度泵的使用与安装—工厂案例离心泵的抗气蚀性能—气蚀余量为防止气蚀现象的发生，在离心泵入口处液体的静压头与动压头之和必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头某一数值，此数值称为离心泵的气蚀余量— NPSH发生气蚀的依据：泵的压头较正常值下降3%临界气蚀余量由泵的生产厂家测定。

测定条件为20℃的清水。

临界气蚀余量测定方法：一定流量下，关小泵吸入管路阀，逐渐降低p1,直至泵内刚好发生气蚀（）时测得相应的p1min, 按下式计算临界气蚀余量。

流量增大，（NPSH）C增大。

临界气蚀余量—（NPSH)C泵内发生气蚀的临界条件是叶轮口附近（设为k-k截面）最低压强等于流体的饱和蒸气压，此时泵入口1-1截面压强应最小。

在k-k与1-1间列Bq.方程，结合气蚀余量的定义有：离心泵的抗气蚀性能—允许吸上真空度定义—为避免发生气蚀，泵入口处允许的最低绝对压强p1，通常表示成真空度并以液柱高度计量，成为离心泵的允许吸上真空度；HS’ ,单位 m。

允许吸上真空度与泵的结构、流量、流体性质、当地大气压有关。

通常由厂家在大气压10m H2O柱下，用20℃清水为介质测定。

HS’随流量的增大而减小HS’需较正已知汽蚀余量求离心泵安装高度在泵的储槽0-0截面与泵入口1-1截面列Bq.方程，结合汽蚀余量的定义有：已知允许吸上真空度求泵安装高度若储槽为敞口的，p0 为大气压 paEX2-4,5,62.5离心泵的流量调节1 离心泵的工作点管路特性曲线 He=K+ B Qe 2泵特性曲线 H= C – DQ2工作点—管路特性与泵特性曲线的交点H=He Q = Qe工作点的调节—流量调节，调节管路特性或泵的特性2 离心泵的流量调节泵的串联同型号泵串联：流量不变，扬程加倍离心泵的并联同型号泵并联：扬程不变，流量加倍3 离心泵串并联的选择高阻管路（管路曲线较陡时）或所需总势能差较大时，用串联。

反之用并联。

并联台数越多，流量增加的百分数越小两台同型号并联：Q并 =2Q;H并 =HH并 =C-D(Q并 /2)2两台同型号串联：H串 =2 ( C-D Q串2 ）泵的类型与选择离心泵的操作与维护1、安装找水平，电机与轴承、与泵体中心对正，安装高度必须低于允许安装高度，防止气蚀发生2、操作防止气蚀，先灌泵如有冷却系统，先投入使用启动时，为保护电机，先关闭出口阀。

达正常转速时，逐渐打开阀门，但阀门关闭时间不易长，以免升温运转过程中要注意压力表、真空表、功率表的读数是否正常。

有无杂音、轴承过热。

停车时应先关闭出口阀，再停电机，以免液体倒流，叶轮受损。

3、常见故障及原因不排液或液量不足：‘气缚’灌液不足，吸入管漏气，严重气蚀，扬程不够轴承发热：润滑不正常，中心不对正，磨损大等噪音与振动：气蚀、螺丝松动等3 往复泵往复泵的工作原理原理:依靠活塞的往复运动并依次开启吸入阀和排出阀,从而吸入排出液体.构件:泵缸,活塞,吸入阀,排出阀流量Q=泵缸截面积(A)*冲程(S)*往复次数(nr)缺点(1)流量不均匀。

多采用双动泵,三联泵(三台并联)(2)水垂现象:由于液体的惯性作用,在排出阀附近造成真空,与压出阀出口端造成反压差,液体倒流,产生冲击,消耗动能.往复泵的特点扬程与压头取决于管路特性——正位移泵往复泵、齿轮泵、螺杆泵均为正位移泵有自吸能力，无需灌泵流量调节不能用阀门回路或旁路调节调节活塞冲程改变转速（往复次数）适用于小流量、高压强场合计量泵、旋转泵等计量泵——比例泵，原理同往复泵。

适用于输液量需准确计量而又便于调整的场合隔膜泵——柱塞往复泵，藉弹性隔膜将活柱与被输送的流体隔开。

隔膜右侧充满油或水，当活柱作往复运动时，迫使隔膜交替地向两边弯曲，将液体吸入和排出。

计量泵可用于定量输送有毒、易燃、易爆和腐蚀性液体旋转泵——靠泵内一个或一个以上的转子旋转来吸入和排出液体。

化工中常用的有齿轮泵和螺杆泵，均为正位移泵旋涡泵——特殊的离心泵，特性曲线与离心泵不同。

开机时需全开阀门（功率随流量的增大而减小）。

流量调节与正位移泵相同。

例:往复泵的流量调节用电动往复泵从敞口贮水池密封容器供水,容器内压为10at(表压),容器与贮水池液面高度差为10m,主管线长l+∑le=100m.d=50mm,ε=0.25m进口处有一旁路的，水温200C, ρ=1000kg/m3求(1)旁路关闭,管内流量为0.006 m3/s时泵的理论功率?(2)若流量减半,用旁路调节,旁路的总阻力系数ζ和轴功(3)若改变冲程使流量减半,相应的功率=?气体输送和压缩设备目的——提高气体压强——抽真空分类风机的性能参数风量风压效率功率第三章教学基本要求重点掌握 1、沉降速度的计算。

沉降设备2、过滤基本方程式及计算掌握 1、重力沉降与离心沉降2、旋风分离器与旋液分离器3、过滤设备的结构与原理4、固体流态化的概念了解 1、颗粒与床层特性2、固体流态化的应用第四章传热1 概述1.1传热的目的加热或冷却物料到指定温度减少热损失—保温回收热量—换热1.2传热的基本方式导热——有温差就有导热。

主要发生在固体、静止流体以及无传热方向上的流动的流体内。

其特点是无质点位移对流——依靠质点的相对位移传热。

自然对流—各处温度不同，由密度差引起的。

强制对流—强制流体运动传热。

辐射—物质依靠发射电磁波进行传热。

温度较高时才比较明显。

Notes：固体内部传热只能靠导热；而流体与壁面间的换热，往往既有对流又有导热，总称为对流传热过程。

冷热流体间的传热是一个过程。

1.3冷热流体热接触方式直接接触式，如水蒸气冷凝塔混合式换热间壁式换热，化工生产中多是间壁式换热器。

热流体→壁面一侧→ 另一侧→冷流体典型的间壁式换热器套管传热器列管传热器单程列管式冷凝器1.4换热器的衡量指标传热速率——单位时间通过传热面的热量，用Q表示，单位：J/s或W热通量或热流密度——单位时间通过单位面积的热量，用q 表示，单位：J/m2s工程上习惯将传热速率表示为下列形式：dQ= K dS (T-t)K——传热系数1.5其它概念稳态传热与非稳态传热常用加热介质与冷却介质1.6传热问题处理思路：先分解后综合——正个对流传热过程是由对、导热、对流串联组成，分别讨论其原理，再组合分析2 热传导2.1基本概念与傅里叶定律Fourier’s Law：与牛顿粘性定律类似导热系数物理意义——物质导热能力的大小影响因素导热系数随温度的变化物质导热系数数量级，表4-3傅里叶定律2.2导热系数气体的导热系数与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对热传导不利，但却有利于保温、绝热。

工业上所使用的保温材料，如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数较小，适用于保温隔热。

大多数金属液体的导热系数均随温度的升高而降低。

在非金属液体中，水的导热系数最大。

除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦随温度的升高而降低。

液体的导热系数基本上与压力无关。

固体的导热系数在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低2.3 平壁稳态热传导假定：材质均匀，导热系数不随温度变化等温面是垂直于x轴的平壁面积与厚度相比是很大的，边缘处热损失可略——一维稳态热传导平壁导热速率方程推导多层平壁导热假定层与层间接触良好，即相邻壁面温度相同。

导热系数为常数多层平壁导热速率方程推导圆筒壁的热传导导热系数为常数无限长圆筒壁，忽略两热损失，仅在径向有热传递。

圆筒壁导热速率方程推导固体壁面热传导重点提示主要结论——平壁、圆筒壁等导热速率计算式重要观点速率等于推动力与阻力之比推动力之和速率 = ———————总阻力之和稳态传热，推动力与阻力成正比保温层厚度大于其临界半径时，保温层越厚，散热越少对流传热机理对流传热是指运动流体与固体壁面之间的热量传递过程，故对流传热与流体的流动状况密切相关。

对流传热包括强制对流（强制层流和强制湍流）、自然对流、蒸汽冷凝和液体沸腾等形式的传热过程。

处于层流状态下的流体，在与流动方向相垂直的方向上进行热量传递时，由于不存在流体的旋涡运动与混合，故传递方式为热传导。

处于湍流状态下流体，由于流体的旋涡运动质点混合强烈，传热方式主要是对流。

但无论湍流程度多高，总有一层流内层存在，其传热方式仍为热传导。

对流传热速率方程牛顿冷却定律根据“速率等于推动力除以阻力”，也等于某一系数乘以推动力。

热流体 dQ =ds α(T-TW )冷流体dQ =ds α(tW-t)α—局部对流传热系数一般用平均对流传热系数Q= α S Δt mΔt m —平均传热温差保温层的临界半径问题：保温层越厚，热损失越少？单、双程换热器浮头式换热器4 对流传热系数关联式5传热过程的数学描述总传热系数的计算式分析思路—速率等于总推动力与总阻力之比变温传热平均推动力的计算法描述任一过程的数学方程—衡算方程（物料衡算、热量衡算、力衡算）和速率关系、平衡关系、过程特征方程等传热计算类型设计型——设计某些参数的选择，如冷、热介质的选择、流体进口温度的选择、经验数值的取值等操作型—预测计算某些参数的变化对换热能力的影响换热器的校核，核算一现有的换热器是否可完成指定的生产任务相关数学方程热量衡算式传热速率式总传热系数计算式6传热计算分析热量衡算方程速率方程Key——用速率的观点分析问题，传热的多少是由传热速率决定的，速率与热负荷不同第五章蒸发1 基本概念蒸发是浓缩溶液的单元操作加热-沸腾-部分溶剂蒸发-浓溶液或固体结晶。