食品工程原理 流体流动1.1
食品工程原理复习资料重要公式总结
目录第1章流体流动与输送设备第一节流体静力学·····················································第二节流体动力学····················································第三节管内流体流动现象··············································第四节流体流动阻力··················································第五节管路计算······················································第六节流速与流量的测量··············································第七节流体输送设备··················································第2章传热······························································第一节概述·····························································第二节热传导···························································第三节对流传热·························································第四节传热计算·························································第五节对流传热系数关联式···············································第六节辐射传热························································第七节换热器··························································第4章非均相物系分离·····················································第一节概述···························································第二节颗粒沉降·······················································第三节过滤····························································第四节过程强化与展望·················································第5章干燥······························································第一节概述·····························································第二节湿空气的性质及湿度图·············································第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算·····································第四节干燥速率和干燥时间···············································第五节干燥器···························································第六节过程强化与展望···················································第1章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
食品工程原理第一章
m
i 1
n
wi
i
wi — 混合液中组分i的质量分数
相对密度
为流体的密度与纯水在4℃时密度之比. 与密度相反的概念是比容： 流体的比容是密度的倒数，为单位质量 流体的体积，m3/kg：
v V / m 1/
2.压力 -绝对压力pab，用绝对零压（即绝对真空）作 起点计算的压力。 -表压pg，用于被测流体的绝对压力pab大于外 界大气压pa的情况。压力表上的读数表示被测 流体的绝对压力高出大气压的数值。 pg= pab - pa -真空度pvm，用于被测流体的绝对压力pab小于 外界大气压pa的情况。此时真空表上的读数表 示被测流体的绝对压力低于大气压的数值。 pvm = pa -pab
-以单位体积流体为衡算基准
u12 u2 2 Z1 g p1 We Z 2 g p2 h f 2 2
Qe ' Qe h f U Qe h f pdv
v2 v1 v2 u2 g Z ( pv) pdv We h f v1 2 2
( pv) d ( pv) pdv vdp
1 v1 p1 p2 u g Z vdp We h f p1 2 2
当被测流体为气体时， p1 p2 A gR
P1
B
P2
微 差 压 差 计
p1 p2 ( C ) gR
—
C
R
A
—液位的测量 根据静力学基本方程
p A pO Zg p B pO R i g p A pB
p0
ρ
Z
i Z R
B A
R
食品工程原理 第一章流体流动1.2管内流体流动
76
45
平均速度: 通常指整个管截面上的平均流速，简称流速。
u＝ qv /A
式中 A ——与流动方向相垂直的管道截面积，m2
流量与流速关系为：
qm =ρqv =ρAu
46
2.2 管道直径的估算
qv u= = π 2 0.785d 2 d 4
qv d= 0.785u
qv
费 用
总费用 操作费 设备费
u适宜
上面两式为实际流体机械能衡算式，习惯上也称它 们为柏努利方程式。
72
有效功率Pe，单位J/s,或W。
Pe = Wqm
式中qm为流体的质量流量（kg/s）
外界输给电动机的功率P > 流体真正得到的功率Pe 有效功率Pe与实际功率P间的关系为：
P=
η
Pe
式中， 〈1 η ——输送设备的效率。
73
5.5 柏努利方程式的应用 分析和解决流体输送有关的问题； 液体流动过程中流量的测定； 调节阀流通能力的计算等。
流速
……平均流速 u ＝ qV 体积流速 A 质量流速 qm w＝ A kg/(m2⋅s)
m/s w＝ρu
qm ＝w A ＝ρ u A
44
2 流速
2.1 平均流速 (average velocity) u
质点的流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经
的距离。
在管截面中心处为最大，越靠近管壁流速将越小。
2 u12 u2 ρ gZ1 + p1 + ρ = ρ gZ 2 + p2 + ρ 2 2
（Pa）
66
（3）流体静力学基本方程式是柏努利方程 的特殊形式。
流体静止（u=0）时，柏努利方程变为
《食品工程原理》第一章 流体流动
4
2
流体流动
2．流体静力学方程式的应用
（1）压力的测量 ①U形管压差计。U形管压差计的结构如图1-3所示，在 一根U形的玻璃管内装液体，称为指示液，指示液要与所测 流体不互溶，不与被测流体发生化学反应，要有颜色便于 读数，其密度要大于所测流体的密度。
流体流动
图1-3
U管压差计
流体流动
如图1-3，设指示液A的密度为ρ A,被测流体B的密度为 ρ
流体流动
再由式 ρ m=pM 均
RT
计算
已知
p=100kN/m2
T=400K R=8.314J/mol.K
所以
100 28.8 8.314 400
=0.87kg/m3
流体流动
例1-2 值。 已知乙醇水溶液中，按质量分数计，乙醇的含
量为95%，水分为5%。求此乙醇水溶液在293K时的密度近似
处于静止状态的液柱，各个力代数和为零，取向上作 用的力为正，向下作用的力为负，可得 p2A-p1A- ρ gAh=0 则 p2=p1+ ρ gh （1-11） 若以容器底为基准面，则上式可写成 p2=p1+ ρ g（z1-z2） （1-12） 式中 p1—作用于液柱上底面向下的压力，N/m2； p2—作用于液柱下底面向上的压力，N/m2； z1,z2—液柱上底面及下底面至容器底面的距离，m。 式（1-11）、式（1-12）即为流体静力学方程式表达式， 流体静力学方程式
=
（1-2）
式中
流体流动
③流体的密度计算：流体的密度一般可在有关手册中查 得，常见气体和液体的密度数值见附录。 a.液体密度的计算 纯组分液体密度的计算： = m V 液体混合物密度的计算：液体混合物的组成常以质量分 数表示，要计算其密度，可取1 kg混合液体为基准，设各组 分在混合前后其体积不变，则1 kg混合液体的体积应等于各 组分单独存在时的体积之和，即 X w1 X w2 X wn 1 （1-3） L m 1 2 n 式中 ρ 1, ρ 2,„ ρ n——液体混合物中各纯组分液体在混 合液温度下的密度，kg/m3； Xw1,Xw2,„Xwn——液体混合物中各组分液体的质量分数。
食品工程原理(赵思明编)思考题与习题参考答案
思考题与习题参考答案绪论一、填空1、经济核算2、物料衡算、经济核算、能量核算、物系的平衡关系、传递速率3、液体输送、离心沉降、混合、热交换、蒸发、喷雾干燥二、简答1、在食品工程原理中，将这些用于食品生产工艺过程所共有的基本物理操作过程成为单元操作。
例如，奶粉的加工从原料乳的验收开始，需要经过预热杀菌、调配、真空浓缩、过滤、喷雾干燥等过程；再如，酱油的加工，也包含大豆的浸泡、加热、杀菌、过滤等工序，这两种产品的原料、产品形式、加工工艺都有较大的不同，但却包含了流体的输送、物质的分离、加热等相同的物理操作过程。
2、“三传理论”即动量传递、热量传递和质量传递。
（1）动量传递理论。
随着对单元操作的不断深入研究，人们认识到流体流动是一种动量传递现象，也就是流体在流动过程中，其内部发生动量传递。
所以凡是遵循流体流动基本规律的单元操作都可以用动量传递理论去研究。
（2）热量传递理论。
物体在加热或者冷却的过程中都伴随着热量的传递。
凡是遵循传热基本规律的单元操作都可以用热量传递的理论去研究。
（3）质量传递理论。
两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作都可以用质量传递的理论去研究。
例如，啤酒的灭菌（热量传递），麦芽的制备（动量传递，热量传递，质量传递）等。
三传理论是单元操作的理论基础，单元操作是三传理论具体应用。
3、单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。
物料衡算遵循质量守恒定律，是指对于一个生产加工过程，输入的物料总量必定等于输出的物料总质量与积累物料质量之和。
能量衡算的依据是能量守恒定律，进入过程的热量等于离开的热量和热量损失之和。
平衡状态是自然界中广泛存在的现象。
平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。
过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以减小。
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。
食品工程原理重点知识讲解
食品工程原理复习第一章 流体力学基础1.单元操作与三传理论的概念及关系。
不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。
这些基本的物理过程称为 单元操作 动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。
凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，均可用动量传递的理论去研究。
热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。
凡是遵循传热基本规律的单元操作，均可用热量传递的理论去研究。
质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去研究。
单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用。
同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。
牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。
μ比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈大。
所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度3.理想流体的概念及意义。
理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。
理想流体的假设，为工程研究带来方便。
4.热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有物质。
边界可以是真实的，也可以是虚拟的。
边界所限定空间的外部称为外界。
5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）仅随位置而变化，不随时间而变。
6．流体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。
7.1kg理想流体在管道内作稳定流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。
8. 实际流体与理想流体的主要区别在于实际流体具有黏性，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于实际流体柏努利方程中有阻力损失项。
食品工程原理
精彩章节展示0 绪论0.1 食品工业生产过程及单元操作概念0.1.1 食品工业生产过程食品工业提供的产品种类繁多，如糖、烟、酒、油、盐、面粉、茶、奶粉、牛奶、火腿肠、饼干、面包、纯净水、脱水蔬菜，等等。
食品工业生产过程是对食品原料进行物理、生物、化学、生物化学等的加工或操作，以获取食品成品或中间产品的过程。
有些食品工业生产过程通过一个或多个纯物理过程即可得到成品或中间产品，此类生产过程被划分成一个或多个物理操作步骤或称操作单元。
另有一些食品工业生产过程，涉及生物、化学、生物化学等加工或以这些加工为主，过程的核心应当是生物、化学等反应和反应器。
为了过程能经济有效地进行，反应器中应保持某些优化操作条件，如适宜的压强、温度、浓度、界面积等，食品原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质，达到必要的纯度、温度、压强、接触面积等，这些过程可称为前处理。
反应物同样需要经过各种后处理过程加以精制，以获得最终成品或中间产品。
反应前后的处理过程涉及的操作仍是物理操作，且占过程总操作的比例较大，所耗设备费和操作费在总费用中所占比例也就较大。
以啤酒生产过程为例，从原料到产品经历下述过程：原料麦芽、大米粉碎→混合预浸→糊化、糖化→过滤→ 麦汁煮沸定浓→酒花分离→麦汁冷却→发酵→啤酒过滤→灌装→杀菌→成品啤酒，糖化、发酵过程是典型的具有化学、生物特征的过程，其余前后处理的操作步骤或操作单元则以物理操作为主要特征，为糖化和发酵提供优化条件以及用于得到成品，在啤酒生产过程中所占比例较大，消耗了啤酒生产企业较多的设备投资和操作费用。
对整个食品工业生产过程而言，物理操作步骤或操作单元非常重要。
0.1.2 单元操作食品工业生产过程和类似的其他工业生产过程如化工、石油、制药、生物工程、材料等生产过程可统称为化工类型生产过程。
化工类型生产过程中都包含有各类物理操作步骤，这些物理操作步骤称为单元操作（unit operation），如流体输送、粉碎、均质、乳化、搅拌、过滤、沉降、离心分离、加热、冷却、蒸发、结晶、冷冻、吸附、脱气、萃取、浸提、蒸馏、干燥、膜分离等。
(完整版)《食品工程原理》教学大纲
《食品工程原理》教学大纲一、本课程的教学目标和任务本课程为食品专业的必修专业基础课。
课程内容主要包括动量传递、热量传递和质量传递的三大传递理论及其在食品工程中的应用，即研究食品工程单元操作的基本原理与应用。
动量传递内容包括流体力学和流体输送机械（泵与风机）的选用、颗粒与流体间的相对运动；热量传递内容包括传热学和蒸发操作等；质量传递内容包括传质过程、吸收与蒸馏、吸附与离子交换，浸出与萃取等单元操作；此外还包括热、质同时传递的过程，如食品的干燥等。
食品工程原理是一门主要研究食品加工过程的技术原理与工程实现的应用基础课程，与机械工程、化学工程等学科的有关课程密切相关，其基础涉及数学、物理、力学、热力学、传热学和传质学等。
本课程以单元操作为主线，研究食品加工过程的有关理论与工程方法，为食品科学与工程及相近专业的学生和工程技术人员学习研究提供参考。
二、本课程的教学要求食品工程原理是食品科学与工程及其相近专业的一门十分重要的专业基础课程，在创新人才培养中具有举足轻重的地位。
由于课程涉及的知识面宽，对理论分析、设计计算、实验探索、工程经验的贯通融合和创新应用方面要求很高。
学习中要注重逐步树立学生的工程观念，从先进实用、安全可靠、经济方便、节能减排等方面认真掌握单元操作和工程系统集成方面的知识。
1．注重培养学生的工程设计和应用的能力。
食品加工工艺千变万化，其实现的途径又可以多种多样，所以要树立学生的工程观念，能够根据生产工艺要求和物料特性，合理地选择单元操作及相应的设备，完成过程分析、设计计算，努力使系统集成达到最优化。
2.注重培养学生的数据攫取能力。
食品工程原理学科研究的历史短，基础数据十分缺乏。
如何通过网络或资料查取有参考价值的数据，或者通过实验测取、生产现场查定相关数据、是进行良好的食品工程设计的重要前提。
3.注重培养学生的实验能力。
学习实验设计、单元操作实验、数据处理、误差分析方法，提高学生的动手能力和实验技能。
1.食品工程原理流体流动
因此，水在输送管内的实际操作流速为：
u 1.62m/s u qvv 00..778855dd22
30 0.785(0.081)23600
所选管径合适
3、稳定流动与不稳定流动
稳定流动(steady flow) ：流体在管道中流动时，在任
一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改
变。 (p16)
(3) 管道直径的估算(经济性原则）
若以d表示管内径，则式u＝qV/A 可写成
u qv
qv
π4 d2
0.785d 2
d
qv 0.785u
流量一般为生产任务所决定，而合理的流速则应 根据经济权衡决定，一般液体流速为0.5～3m/s。气 体为10～30m/s。某些流体在管道中的常用流速范围， 可参阅有关手册。(P16)
换算关系：
1标准大气压(atm)=101325Pa =1.0330kgf/cm2 =1.0133bar(巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
绝对压力Pab（absolute pressure） ：以绝对真空(即零大气
压)为基准。
表压Pg(gauge pressure)：以当地大气压为基准。它与绝对
单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称
q 为体积流量，以 V表示，其单位为m3/s。 质量流量 (mass flow rate) qm, kg/s
单位时间内流体流经管道任一截面的质量，
称为质量流量，以qm表示，其单位为kg/s。体积流
量与质量流量之间的关系为：
qm=ρqV
2、流速 (1) 平均流速 (average velocity) u, m/s
u＝qV/A
流量与流速关系为：
食品工程原理第一章 流体流动
（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何 变化？ d1
d2
d3
解 (1)根据式(1-15)，则
u1
V A1
4103 ( 2.510 2 ) 2 4
8.15m / s
(2) 各截面流速比例保持不变，流量增至8L/s时，流量增 为原来的2倍，则各段流速亦增加至2倍，即
K：热力学温度（绝对温度）
2液体混合物:
液体混合时，体积往往有所改变。若混合
前后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的
体积之和，则可由下式求出混合液体的密度ρ m。
m
1
1
n
a1
2
a2
n
an
式中 α 1、α 2、…，α
kg/m3；
——
n
液体混合物中各组分的质量分率；
ρ 1、ρ 2、…，ρ ρ
帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位);
标准大气压, atm;
某流体在柱高度; bar（巴）或kgf/cm2等。
换算关系： 1标准大气压(atm)=101300Pa =10330kgf/m2 =1.033kgf/cm2(bar, 巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
m
——
液体混合物中各组分的密度，
——
液体混合物的平均密度，kg/m3
相对密度 流体在某温度下的密度与4℃纯水的密度比值
3 比体积 v
单位质量流体的体积，称为流体的比体积 ， 用符号v表示，单位为m3/kg，则
v
V m
1
亦即流体的比容是密度的 倒数。
食品工程原理答案
现
有
教
材 选用 需求出设备的热 运 用 规 律： 热 量通 量 写成：热量通 选 择 四 （1）从傅立叶导热定律推
编 热量 量 通 量 ( 指 单 位 绝 对 值 等于 温 度梯 度 量等于温度差 方 法 之 （2）因次分析规划试验测
写 型 面积单位时间的 乘 比 例 系数 导 热系 数 除以热量传递 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
物理加工当然进展的是物理操作，如粉碎、过滤、 蒸发、加热、冷却、枯燥等。
对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过 程的核心应当是生物化学或化学反响过程和设备 〔反响器〕。
为了过程得以经济有效地进展，反响器中应保持 某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界 面积。
原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质， 到达必要的纯度、温度、压强、接触面积等， 这些过程称为前处理。
新 或 量 通 量 ( 物 理 量 量 绝 对 值等 于 物理 量 于物理量浓度 方 法 之 （2）因次分析规划试验测
的 设 计 指动量、热量、 浓 度 （ 指单 位 体积 物 差除以传递阻 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
主 设备 物质量)
理量）梯度乘系数
力
递阻力 （4）实验测掩盖求通量
线
完成 选用 设计 计算
食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品 工程师、科研人员及管理人员而言，非常重要。
食品工业过程的这种特点同样出现在化学工业、 制药工业等生产过程中，说明这一些类型的生产 过程的处理原那么可以是相似的。
生产过程的大局部操作是物理操作步骤。 研究这类物理操作的原理，就成为几个专业领域
共同面临的问题，需要有一门学科来系统讨论出 现的各种物理操作，以统一和简化相关工业过程 的描述。 这门学科就是“单元操作〞学
流体的运动与输送
）：当被测流体的绝对压力小于大气压时 真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压 ）：当被测流体的绝对压力小于大气压时， 的数值， 的数值，即： 真空度＝大气压力－ 真空度＝大气压力－绝对压力
注意：此处的大气压力均应指当地大气压。 注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说明时均可按标准大气 压计算。 压计算。
p1 p2
m
p A = p1 + ρg (m + R)
p A' = p 2 + ρgm + ρ 0 gR
R A A’
所以 整理得
p1 + ρg (m + R) = p2 + ρgm + ρ 0 gR
p1 − p 2 = ( ρ 0 − ρ ) gR
若被测流体是气体，ρ << ρ 0 ，则有
p1 − p 2 ≈ Rgρ 0
p1
压力形式 能量形式
ρ
+ z1 g =
p2
ρ
+ z2 g
——静力学基本方程 静力学基本方程
讨论： 讨论： （1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性 流体； （2）物理意义： 物理意义： 物理意义 zg ——单位质量流体所具有的位能，J/kg；
p
ρ 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位
——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。
扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
p1 − p 2 = Rg ( ρ A − ρ C )
（3） 倒U形压差计 ） 形压差计 指示剂密度小于被测流体密度， 如空气作为指示剂
p1 − p 2 = Rg ( ρ − ρ 0 ) ≈ Rgρ
食品工程原理1第一章流体流动和输送
第一章 流体流动和输送总课时：18学时第一节 流体的物理性质【考核知识点和考核要求】 了解：流体的压缩性理解：连续性假定、流体密度；流体的黏度 掌握：牛顿粘性定律 【本节课时分配】1节 【具体讲授内容】一、连续介质假定（理解）流体：可以自由流动，无固定形态的物体。
（气体、液体、超临界液体）超临界液（流）体(SCF)技术中的SCF 是指温度和压力均高于临界点的流体,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。
高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。
处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至无法分别，所以称之为SCF 。
流体是由大量的彼此间无间隙的流体质点组成，流体质点连续布满整个流体空间，从而流体的物理性质和运动参数在空间上也是连续分布的，这就是连续介质假定。
连续介质假定对绝大多数数流体都适用。
二、流体密度（理解）流体的密度是单位体积流体所具有的质量。
ρ的单位为kg/m 3。
密度的倒数称为比体积或比容，单位为m 3/kg 。
Vm =ρ 流体的密度是压强和温度的函数。
但压强对液体的密度影响很小，通常可忽略不计，因此液体的密度可仅视为温度的函数。
（不可压缩性）气体的密度随压强和温度而改变，其值可用气体状态方程进行计算。
在气体的温度不太低而压强也不太高的情况下，可用理想气体状态方程计算：RT M m nRT pV ==→RTPM=ρ 混合气体用加成法则：∑==RTPM x mvi i m ρρ ∑=i i m y M M 三、流体的压缩性和温度膨胀性（了解） 将温度一定时，由压强变化引起体积发生相对变化的性质称为流体的可压缩性；而压强一定时，由温度变化引起体积发生相对变化的性质称为流体的温度膨胀性。
液体和气体的区别液体在受压时体积基本不变，称为不可压缩流体。
受热时体积略膨胀。
气体的可压缩性很大，在受热时体积急剧膨胀。
（解释：气体的分子平均动能远远大于分子间相互作用势能，因此表现出易流动、可压缩和易膨胀的宏观性质。
食品工程原理-流体的流动与输送1.1
体处理。
5
本章重点
★绝对压力、表压力及真空度的概念及计算 ★质量衡算和连续性方程 ★流量的测定及计算 ★离心泵的工作机理
6
笫一节 流体力学基础
流体静力学是研究平衡(H)(静止)流体的 力学规律及其应用。本节主要讨论如下几点： 一、流体的主要物理量与作用力 二、流体静力学方程 三、稳定流动的连续性方程 四、柏努利方程
（5）气体混合物
当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，仍 可用式(1-3)计算气体的密度。 Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
式中 ：M１、M2、… Mn—— 气体混合物各组分的分子量； y1 、 y2 、 … yn —— 气体混合物各组分的摩尔分率。
气体混合物的组成通常以体积分率表示。
x
u=0
实验证明，对于一定的液体，内摩擦力 F 与两液 体层的速度差△ u 成正比；与两层之间的垂直距离 △y成反比；与两层间的接触面积A成正比。
17
u与y也可能时如右图的关 系，则牛顿粘性定律可写成：
y
du F A dy
上式中du/dy为速度梯度
dy du x
o
µ :黏度是流体物理性质指标之一。
压强、流速和流量的测量：以便更好的掌握生
产状况。
4
流体的压缩性 不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变
化，这种流体称为不可压缩流体。
可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，
则称为可压缩流体。 实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可 压缩流体；气体应当属于可压缩流体。但是，如果压 力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流
15
设有上下两块平行放置而相距很近的平板，两板间充满着 静止的液体，如图所示。 y
第一章：食品工程原理课件流体流动(定稿)
m v
（1-1）
式中 ρ—— 流体的密度，kg/m3； m —— 流体的质量，kg； v —— 流体的体积，m3。
• （1）液体密度
• 随压力的变化很小，随温度稍有改变。 液体密度值可查表获得。
• 温度升高，密度降低。
种流体。
（二）液体静力学方程讨论
• 1、静止液体内任一点压力的大小，与液体本身 的密度和该点距液面的深度有关，与流体体积 和质量无关。
• 2、P随P0而变，P0可等大小向液体内部传递。
• 3、在静止的、连续的同一液体内，处于同一水 平面上的各点的压力都相等。此压力相等的水 平面，称为等压面。
• 4、液体某点压力或某两点压力差的大小可用一
90 1000 1000 9.81
9.17m
1不凝气出口;2冷水进口;3二 次蒸气进口;4冷凝器;5气压管
6液封槽
3.液封高度的确定 例1-2 罐头厂为连续化高温杀菌，采用图
所示的静水压密封连续杀菌装置，杀菌室通入
压力为0.2MPa（绝对）的蒸汽，求水封室高度。
解：
2
gz 1 p1 /ρ gz 2 p2 /ρ
（3）原理
• 按静力学基本方程式可推出:
• P1－P2＝ΔP＝Rg（ρA－ρc） • 式中ρA、 ρc——分别表示重、轻两种指
示液的密度，kg/m3。
• 对于一定的压差，（ρA－ρc）愈小则读数 R愈大，所以应该使用两种密度接近的指
示液。
（二）液位的测量
p p Zg
A
O
p p R g
符号qm ，单位为 kg/s
食品工程原理 第一章流体流体--流体静力学
z1 +
或
p1 ρg
= z2 +
静压头
p2 ρg
z+
位压头
p ρg
= 常数
上式中各项的单位均为m。
24
静压头：单位质量流体的静压能。
，
静压能的意义
说明：Z1处的液体对于大气压力来说，具有上升一定
高度的能力。
25
平衡方程的物理意义 ：
1．总势能守恒 式中的p/ρ和zg分别表示单位质量流体所具有的静压能和 位能。在同一种静止流体中不同高度上的微元其静压能和位 能各不相同，但其总势能保持不变 2．等压面 在静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平面上各点的 静压强相等（静压强仅与垂直高度有关，与水平位置无关） 3．传递定律 表明，p0改变时，液体内部各点的压强也以同样大小变化 4．液柱高度表示压强（或压强差）大小 5.方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的气体， 只适用于压强变化不大的情况。
pa＝pb
p1－p2＝R（ρ0－ρ）g
测量气体时，ρ0－ρ≈ρ0，可简化为0
p1－p2＝R（ρ－ ρ0 ）g
ρ
33
如果被测管段不是水平放置时，压 力差（p1－p2）与读数R之间的关系 将如何表达？
34
如附图所示，常温水在管道中流过。为 测定a、b两点的压力差，安装一U型压差计，试 计算a、b两点的压力差为若干？已知水与汞的密 度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。
18
某台离心泵进、出口压力表读数分 别为220mmHg(真空度)及1.7kgf/cm2(表 压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它 们的绝对压力各为若干（以法定单位表 示）？ 解: 泵进口绝对压力 P1=760-220=540mmHg=7.2*104Pa 泵出口绝对压力 P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm2 =2.68*105Pa
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绪
论
0.1 化工原理课程的内容和特点 0.2 单位制度及单位换算
16
一． 单位和单位制度
1、基本单位和导出单位
基本单位 质量、长度、时间和温度 导出单位 速度、密度、加速度
2、绝对单位制和重力单位制 绝对单位制 长度、质量、时间
重力单位制 长度、时间和力
17
一． 单位和单位制度
3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。 4、《中华人民共和国法定计量单位》 在SI制基础上制定的。
非牛顿型流体(non-Newtonian fluid)
凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体 (non-Newtonian fluid)。
某些高分子溶液、悬浮液、泥浆、血液等属于 非牛顿流体。
二、流体的黏度
在SI单位制中，黏度的单位为Pa· s，
Pa kg [ ] Pa s 1 1 m s du / dy m s m 在物理单位制上，其单位为P（泊），
29
上板以恒定 速度沿x的正 一、牛顿内摩擦（黏性）定律方向运动
δ
图1平板间黏性流体的速度变化
一、牛顿内摩擦（黏性）定律
实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体 速度梯度 u 层之间作用的剪切力 F 与两流体层的速度差 及其作用面积 A 成正比，与两流体层之间的垂直 距离 成反比 牛顿黏性定律：
11
三、化工原理课程的研究方法
1、实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确 定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（或 称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通 用的基本方法。
12
三、化工原理课程的研究方法
2、数学模型法（半经验半理论方法） 在对实际过程的机理深入分析的基础上， 在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化， 建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实验确定模型参数。 研究工程问题的方法是联系各单元操作的 另一条主线。
6
绪
学习目的 与要求
论
通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主 要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研 究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位 换算方法。
7
绪
论
0.1 化工原理课程的内容和特点
8
一、化工原理课程内容 化学反应 化工生产过程 单元操作 化工原理 三 传 一 反
反应工程
9
二、单元操作的分类和特点
黏度
du x F A d
一、牛顿黏性定律
令 τ 表示单位面积上受到的力，称为切应力 / 剪应力。
牛顿黏性定律：
dux d
一、牛顿黏性定律
牛顿型流体(Newtonian fluid) 遵循牛顿黏性定律的流体
所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流 体，如水、空气等。
一、牛顿黏性定律
1. 研究流体流动问题的重要性
流体是气体与液体的总称。
流体流动是最普遍的化工单元操作之一； 研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的
重要基础。
2.流体流动的典型流程
转子流量计 贮槽 阀门 离心泵 贮槽 涉及内容：流速、流量、压强、管径、扬程、功率
3. 流体的性质
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体； 可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。
dyn cm2 dyn s g [ ] P 1 1 2 cm s cm cm cm s
一般以泊的1/100的厘泊（cp）来表示黏度。
二、流体的黏度
运动黏度
/
SI 单位为 m2/s ；在物理单位 cm2/s 称为沲， 以St表示。
1St 100cSt 10 m /s
13
四．化工过程计算的理论基础
设计型计算 操作型计算 质量守恒 所用基本关系： 能量守恒
化工计算分为
平衡关系
速率关系
14
五．本课程的学习要求
学习中，应注意以下几个方面能力的培养： (1)单元操作和设备选择的能力
(2)工程设计能力
(3)操作和调节生产过程的能力
(4)过程开发或科学研究能力
(5)实验；
比容；
压力
压力
在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其他单位还有： 1atm ＝ 101300 N/m2 ＝ 101.3kPa ＝ 1.033kgf/cm2 ＝10.33mH2O＝760mmHg
二、 压力 压力
绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。
《化 工 原 理》
（上 册）
制作人：夏 清
1
学时安排
总学时56（授课50、课堂研讨4、机动2 ）
绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 非均相混和物分离及固体流态化 第四章 液体搅拌 第五章 传热 第六章 蒸发
1 13 8 8 2 14 4
2
教 材
柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材
分类
1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌
2、传热过程： 换热、蒸发
3、传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、 吸附、离子交换、膜分离 4、热质同时传递过程：增减湿、结晶、干燥
10
二、单元操作的分类和特点
特点 化工原理是一门实践性很强的工程学科。单 元操作的研究内容包括“过程”和“设备”两个 方面。 所有的单元操作都可分解为动量传递、热量 传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。 三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的 联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。
化工原理（上册）
北京: 高等教育出版社
2005年6月（第一版）
3
参考教材
(1) 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005 (3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001
表压或真空度 ：以大气压为基准测得的压力。
不同基准压力之间的换算 表压力 = 绝对压力－大气压力
真空度 = 大气压力－绝对压力
真空度 = -表压力
二、 压力
P1
表压 大气压
真空度 绝对压力 P2
绝对压力 绝对真空
第一章 流体流动
1.1 牛顿型流体及其黏度
一、牛顿内摩擦（黏性）定律
黏性 流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作 用的，这种相互抵抗的作用力称为剪切力，流体 所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质 称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于 静止还是流动，都具有黏性。
2
4
二、流体的黏度
流体种类 气体 液体 温度 T↑,μ↑ T↑,μ↓ 压力 p<4MPa时可忽略 可忽略
气体的分子间距较大，产生黏性的主要原因在于 气体分子本身的运动。 液体的分子紧密排列，分子间距较小，产生黏性
的主要原因在于液体分子间的引力。
三、理想流体与黏性流体
理想流体
0 的流体称为理想流体。
自然界不存在真正的理想流体。
4
网络课程辅助教学
《化工原理及实验》网络课程 网址：202.113.179.181
5
网络课程辅助教学
网络课程站点
《化工原理及实验》网络课程 虚 拟 课 堂 演 示 实 验 图 片 汇 总 动 画 汇 总 作 业 汇 总
思 考 题 汇 总 讨 论 与 答 疑
网 上 自 测
教 师 主 页
附 件 下 载
18
二、单位换算
1、物理量的换算 基本物理量中为1m＝物理单位制中100cm ＝英制3.2808ft 2、经验公式（或数字公式）的单位换算 （a）物理方程
（b）经验方程
换算方法见例0－2。
19
第一章 流体流动
学习目的 与要求
通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。