流体物性参数表
流体力学实验报告
实验一 柏努利实验一、实验目的1、通过实测静止和流动的流体中各项压头及其相互转换，验证流体静力学原理和柏努利方程。
2、通过实测流速的变化和与之相应的压头损失的变化，确定两者之间的关系。
二、基本原理流动的流体具有三种机械能：位能、动能和静压能，这三种能量可以互相转换。
在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过各截面上的机械能总和是相等的。
在有摩擦而没有外功输入时，任意两截面间机械能的差即为摩擦损失。
流体静压能可用测压管中液柱的高度来表示，取流动系统中的任意两测试点，列柏努利方程式：∑+++=++f h p u g Z P u g Z ρρ2222121122对于水平管，Z 1=Z 2，则 ∑++=+f h p u p u ρρ22212122若u 1=u 2, 则P 2<P 1；在不考虑阻力损失的情况下，即Σh f =0时，若u 1=u 2, 则P 2=P 1。
若u 1>u 2 , p 1<p 2；在静止状态下，即u 1= u 2= 0时，p 1=p 2。
三、实验装置及仪器图2－2 伯努利实验装置图装置由一个液面高度保持不变的水箱，与管径不均匀的玻璃实验管连接，实验管路上取有不同的测压点由玻璃管连接。
水的流量由出口阀门调节，出口阀关闭时流体静止。
四、实验步骤及思考题3、关闭出口阀7，打开阀门3、5，排出系统中空气；然后关闭阀7、3、5，观察并记录各测压管中的液压高度。
思考：所有测压管中的液柱高度是否在同一标高上？应否在同一标高上？为什么？4、将阀7、3半开，观察并记录各个测压管的高度，并思考：（1）A、E两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？（2）B、D两管中，C、D两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？5、将阀全开，观察并记录各测压管的高度，并思考：各测压管内液位高度是否变化？为什么变化？这一现象说明了什么？五、实验数据记录.液柱高度 A B C D E阀门关闭半开全开实验二 雷诺实验一、实验目的1、 观察流体在管内流动的两种不同型态，加强层流和湍流两种流动类型的感性认识；2、掌握雷诺准数Re 的测定与计算；3、测定临界雷诺数。
换热器设计书
目录1 设计条件及主要物性参数表设计题目某制药厂在生产工艺过程中,需将乙醇液体从 75℃冷却到 45℃ ,乙醇的流量为W kg/h;冷却介质采用 21℃的河水;要求换热器的管程和壳程压降不大于30 kPa,试设计并选择管壳式换热器;操作条件1乙醇：入口温度75℃出口温度45℃2冷却介质：河水入口温度21℃出口温度27℃3允许压降：不大于30 kPa2 概述与设计方案简介]1[换热器的选择涉及因素很多,如介质的腐蚀性及其它特性、操作温度与压力、换热器的热负荷、管程与壳程的温差、检修与清理要求等;具体选择时应综合考虑各方面因素;对每种特定的传热工况,通过优化选型会得到一种最适合的设备型号；如果将这个型号的设备应用到其他工况,则传热效果可能会改变很大;因此,针对具体工况选择换热器类型,是很重要和复杂的工作;对管壳是换热器的设计,应从下方面考虑;冷却剂出口温度的确定]2[在水作为冷却剂时,为便于循环操作、提高传热推动力、冷却水的进、出口温差一般控制在5℃~10℃左右;在本次设计中将出口温度设计为27℃;流动空间的选择]2,3[确定流动空间的基本原则：1不洁净和易结垢的流体宜走管程,因为管程清洗比较方便;2腐蚀性的流体宜走管程,以免管子和壳体同时被腐蚀,且管程便于检修与更换;3压力高的流体宜走管程,以免壳体受压,可节省壳体金属消耗量;4被冷却的流体宜走壳程,可利用壳体对外的散热作用,增强冷却效果;5饱和蒸汽宜走壳程,以便于及时排除冷凝液,且蒸汽较洁净,一般不需清洗; 6有毒易污染的流体宜走管程,以减少泄漏量;7流量小或粘度大的流体宜走壳程,因流体在有折流挡板的壳程中流动,由于流速和流向的不断改变,在低ReRe>100下即可达到湍流,以提高传热系数;8若两流体温差较大,宜使对流传热系数大的流体走壳程,因壁面温度与α大的流体接近,以减小管壁与壳壁的温差,减小温差应力;根据以上原则可以确定河水走管程,乙醇走壳程;管程和壳程数的确定]3[当换热器的换热面积较大而管子又不能很长,为提高流体在管内的流速,需将管束分程;但程数过多,导致管程流动阻力和动力能耗增大,同时使平均传热温差下降,设计时应权衡考虑;管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种;在本次设计选用了管程为2;当温差校正系数Φt △小于时应采用多壳程;然而在本次设计中Φt △=,采用了单壳程;设备结构的选择根据本次题目的要求应当选用管壳式换热器;3 工艺设计计算]4[乙 醇： 入口温度75℃ 出口温度45℃ 冷却介质：河水 入口温度21℃ 出口温度27℃ 允许压降：不大于30 kPa计算和初选换热器的规格（1）计算热负荷和冷却水流量：Q =)(21T T C W ph h =20000××103×75-45÷3600= W)(12c t t C QW ph -==）（21-271018.436007.4596663⨯⨯⨯= Kg/h （2）计算两流体的平均温度差;暂按单壳程,多管程计算,逆流时平均温度差为：1212/t t Int t t m ∆∆∆-∆=∆=6.3427-7521-45n 27-75-21-45=I ）（）（ ℃而：P=11.0217521271112=--=--t T t t R 5212745751221=--=--=t t T T 由图4-19查得：t ∆Φ= 则：56.336.3497.0t m =⨯=∆℃ （3）假设K=300W/2m .℃ 则：S=m t ∆K Q=2m 7.4556.333007.459666=⨯实际传热面积：S 0=dL n π=256×××=2m若选择该型号的换热器,则要求过程的总传热系数为：W S Q K 25.30956.3329.447.459666t m 0=⨯=∆=选/2m .℃核算压力降（1）管程压力降：p N F t 21i p p p ）（∆+∆=∆∑ 其中25.1t ==P N F管程流通面积：m015.00226.02i ==i d m ARe i =)(1312710923.02.99781.0015.03湍流=⨯⨯⨯=-μρi i u d设管壁粗糙度mm 1.0=ε,007.0151.0d ==iε由第一章中e -R λ关系图中查得λ= 则： 所以：∑=⨯⨯+=∆Pa 1059925.19812552pi）（（2）壳层压力降：S S N F p p p∑∆+∆=∆)(/2/10其中15.1=S F 1=S N取h= 913.031h =-=-=L N B 壳程流通面积为：2000418.0)019.0195.0(3.0)(m d n D h A c =⨯-⨯=-=所以：Pa p 538217.07.765)19(1964.04.02/1=⨯⨯+⨯⨯⨯=∆ 计算表明管程和壳程压力都能满住题设的要求;核算总传热系数1管程对流传热系数i α：./(8.383936.613127015.06064.0023.0Pr Re 023.024.08.04.08.0i m W d iii=⨯⨯⨯==λα℃（2）壳程对流传热系数0α： 取换热器列管之中心距mm t 25=则： 取95.0)(14.0=wu u 则：64895.024.105861023.01696.036.03155.00=⨯⨯⨯⨯=α （3）污垢热阻：参考附录管内外侧污垢热阻分别取：2si 00052.0m R =.℃/W 200017.0m R so =.℃/W（4）总传热系数0K ：管壁热阻可忽略时,总传热系数为：370158.383919151900052.000017.064811110=⨯+⨯++=+++=ii o i o siso d d d d R R K ααW/m 2.℃则有：2.13093700==选K K 由此可得设计选型满足要求;4辅助设备的计算和选型管径初选初取水经济流速 s m u 5.1=由于125mm 不是标准管径,因此确定 mm d l 150= 符合经济流速范围故确定：s m u mm d l /04.1,150==压头He在水槽液面及压力表处列柏努利方程 取mm 15.0=ε,001.0/=d ε,查图得 局部阻力：流入换热器()()91.07.0/15.011222221=-=-=A A ξ流出换热器()()48.07.0/15.015.015.02212=-=-=A A ξ 故 64.2148.091.05.9375.05.8=+++⨯+=∆ξ 换热器压降根据v q 和He 以及IS 型离心泵系列特性曲线可以选择型号为IS100-80-125的离心泵;5设计结果汇总表1乙 醇： 入口温度75℃ 出口温度45℃ 2冷却介质：河水 入口温度21℃ 出口温度27℃3允许压降：不大于30 kPa6设计评述换热器是石油、化工中最重要的热工设备,对换热器进行科学计算,对换热器的结构进行合理的设计,是换热器性能的重要保证;换热器的热工计算是换热器的设计基础,也是换热器结构设计的前提,因此在换热器的设计中,只有经过对换热器结构参数的不断调整,反复计算,才能使换热器的性能更高,设计更加合理;另外,在换热器设计中要综合考虑多种因素,如介质流速,压力降、膜传热系数、以及面积余量等,并尽量选择标准换热器以减少投资;还应根据实际工程需要结合实际工作经验方可设计出经济合理的换热器;参考文献：1于风叶,史红刚,管壳式换热器的设计原则,石油化工设计,2009 26 19~212何潮洪,冯宵,化工原理M,北京,科学出版社,20013日尾花英郎着,徐中权译,热交换器手册M,北京,烃加工出版社,19874夏清,贾绍义,化工原理上册,天津大学出版社,2011。
空气物性参数表
物性参数：物性参数主要是材料在制工方面能否达到要求的数据。
不同材料有不同的物性参数。
比如尼龙，就有很多数据要求，有冲击强度，拉伸强度，融溶指数等等。
传热学中的参数：工程热力学研究的对象是热能转化成机械能的规律和方法，以及提高转化效率的途径。
热力学第一定律说明了能量在传递和转化时的数量关系，即某一物体失去的热量必然等于另一物体所得到的热量。
热力学第二定律是研究能量传递和转移过程进行的方向、条件和深度等规律问题，其中最根本的是关于方向的问题。
热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传至高温物体。
1. 导热：也称热传导，是指物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。
例如，物体内部热量从温度较高的部分传递到温度较低的部分，以及温度较高的物体把热量传递给与之接触的温度较低的另一物体都是导热现象。
2. 热对流：简称对流，是指流体内部各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混而引起的热量传递现象。
热对流现象仅能发生在流体内部，而且必然伴随有导热现象。
3. 热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。
物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
（由物体表面直接向外界发射可见和不可见射线，在空间传递能量的现象称为热辐射。
它是一种非接触传递能量的方式。
）4. 温度：是指物体冷热的程度。
是指物质微观粒子（分子、电子等）热运动激烈程度的衡量。
5. 导热系数λ（导热率）：它表示物质导热能力的大小。
由实验取得。
单位：W/m.℃6. 换热系数α(放热系数、给热系数)：表示当流体与壁面间的温差为1℃时，在单位时间内，通过单位面积的热量。
放热系数的大小反映出对流换热过程的强烈程度。
单位：W/m2.℃，但是与导热系数不同，它不是物性参数。
7. 传热系数k：传热温差为1℃时，在单位时间内，通过单位面积的热量。
它反映传热过程的强烈程度。
单位：W/m2.℃8. 导温系数α（热扩散率）：表示物体中热扩散的快慢程度。
换热器换热面积选型计算方法
系列标准中，采用的h（mm）值为： • 固定管板式：150,300,600； • 浮头式：150,200,300,480和600.
七、外壳直径的确定
要求：壳体内径等于或稍大于管板的直径。
单程管壳体内径：
D t(nc 1) 2b' 式中: t—管心距，m；nc —横过管束中心线的管数； b’—管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离.
的原则，决定壳程数。 ⑤ 依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，
选定总传热系数K值。 ⑥ 由传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器
的基本尺寸。
2、计算管程、壳程压强降
根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压 强降。验算结果是否满足工艺要求。若压强降不符合要求， 要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规 格的换热器，重新计算压强降直至满足要求。
管程数m计算： m u u'
u——管程内流体的适宜流速；u’——管程内流体的实际流体。
2.壳程数
当温差校正系数 t 低于0.8，可采用壳方多程。
如：在壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体 内流经两次，称为两壳程。
但由于隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一 般不采用壳方多程的换热器，而是几个换热器串联使用
介质
植物油 井水
性质
热流体 冷流体
主要物性参数表
密度 kg/m3
950 995.7
比热 kJ//(kg·℃)
2.261 4.174
粘度 Pa·s
0.742× 10-3 0.801× 10-3
热导率 W/(m·
℃)
0.172
0.618
三、估算传热面积
1.热流量
化工原理第四章 1-2
③床层比表面
aB
=
S V床
=
S(1 Vp
e
)
=
a(1 - e )
3．流体通过固定床的压降
几何边界复杂，无法解析解，要靠实验 数学模型法主要步骤：
3.1 简化模型（数模思想） 过程特征： ①爬流，表面剪切力为主，
形体力(压差力)为次 ②空隙中实际速度与空隙大小有关
简化原则： 模型与原型①表面积要相等
e3
e
)2
µu
=
K
a2 (1 -
e3
e
)2
µu
DP L
=
a2 (1 -
5 e3
e
)2
µu
适用范围：Re’<2
床层雷诺数
4e
u
宽范围：
a(1 - e ) e
Re'= deu1r = ru 4µ a(1 - e )µ
细管
hf
=
DP
r
= l Le
de
u12 2
DP L
=
l
Le L
ru12
2de
=
l
Le a(1 -
第四章 流体通过颗粒层的流动
（1）
化工定床—由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层
1.2 固定床阻力的影响因素
①流体物性：ρ,µ ②操作因素： u ③设备因素： 颗粒直径，
颗粒大小分布， 空隙大小
2 颗粒床层的特性
2.1 单颗粒的特性
球形颗粒，只需一个参数dp
颗粒特性:体积
L
u=0.9m/s时 DP = 2300Pa / m 。
L
求：CO以u=0.5m/s通过时的 DP 。
L
(化工原理 谭天恩 第五章
x2 1 .2 ~ 5 d
2.流体在列管式换热器壳程的流动
3 1 2 3 6 5 4
4 5 6 7
当管外装有割去25%直径的圆缺形折流挡板时： 可由图5-30计算α。当Re=2×（103~106）时，亦可用下式计算
Nu 0.36 Re
t1 t 2 t 定性温度： m 2
0.55
Pr W
3.圆形直管中的过渡区范围
当（2000＜Re＜10000）时，可用式（5-63）算出α值， 然后再乘校正系数f2
6 105 f2 1 1.8 Re
4.弯曲管道内
（5-67）
d 1 1.77 R
（5-68）
5.非圆形直管强制湍流 当量直径法 对于套管环隙，有专用的关联式
第四节 给热系数
一、影响给热系数α 的因素
1、引起流动的原因（自然对流、强制对流）
自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。
强制对流：由于外力和压差而引起的流动。
强 自
2、流体的物性
ρ，μ，λ，cp
3、流动形态——层流和湍流
4、传热面的形状，大小和位置
湍 层
•形状：如管、板、管束等； •大小：如管径和管长等；
•位置：如管子的排列方式（管束走正四方形和三角形排 列）；管或板是垂直放置还是水平放置。 5、是否发生相变——蒸汽冷凝、液体沸腾
相变 无相变
二、给热系数经验关联式的建立
1、因此分析
f (u, l, , , c p , , gt )
式中l——特性尺寸； u——特征流速。 基本因次：长度L，时间T，质量M，温度θ 总变量数：8个 由π定律：8-4=4，可知有4个无因次数群。
第一篇 第三章 储层流体的物理特性
第三章储层流体的物理特性所谓储层流体，这里指的是储存于地下的石油、天然气和地层水。
其特点是处于地下的高压、高温下，特别是其中的石油溶解有大量的气体，从而使处于地下的油气藏流体的物理性质与其在地面的性质有着很大的差别。
例如，当储层流体从储层流至井底，再从井底流至地面的过程中，流体压力、温度都会不断降低，此时会引起一系列的变化—原油脱气、体积收缩、原油析蜡；气体体积膨胀、气体凝析出油；油田水析盐—即离析和相态转化过程，而这一系列变化过程对于油藏动态分析、油井管理、提高采收率等都有重要的影响。
又如，进行油田开发设计和数值模拟时，必须掌握有关地下流体的动、静态物理参数，如石油和天然气的体积系数、溶解系数、压缩系数、粘度等；在进行油气田科学预测方面，如在开采初期及开采过程中，油田有无气顶、气体是否会在地层中凝析等，都需要对油气的物理化学特性及相态变化有深刻的认识，才能作出判断。
因此可以毫不夸张地说，不了解石油、天然气和水的性质及其问的相互关系，不掌握它们的高压物性参数，那么，科学地进行油田开发、采油及油气藏数值模拟等便无从讲起。
第一节油气藏烃类的相态特征石油和天然气是多种烃类和非烃类所组成的混合物。
在实际油田开发过程中，常常可以发现：在同一油气藏构造的不同部位或不同油气藏构造上同一高度打井时，其产出物各不相同，有的只产纯气，有的则油气同产。
在油气藏条件下，有的烃是气相，而成为纯气藏；有的是单一液相的纯油藏；也有的油气两相共存，以带气顶的油藏形式出现。
在原油从地下到地面的采出过程中，还伴随有气体从原油中分离和溶解的相态转化等现象。
那么，油藏开采前烃类究竟处于什么相态，为什么会发生一系列相态的变化，其主要原因是什么？用什么方式来描述烃类的相态变化？按照内因是事物变化的根据，外因则是事物变化的条件，可以发现油藏烃类的化学组成是构成相态转化的内因，压力和温度的变化是产生相态转化的外部条件。
因此，我们从研究油藏烃类的化学组成人手，然后再进一步研究压力温度变化时对相态变化的影响。
流体力学总结
流体力学总结第一章流体及其物理性质1. 流体：流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质，只要这种力继续作用，流体就将继续变形，直到外力停顿作用为止。
流体一般不能承受拉力，在静止状态下也不能承受切向力，在任何微小切向力的作用下，流体就会变形，产生流动 2. 流体特性：易流动(易变形)性、可压缩性、粘性 3. 流体质点：宏观无穷小、微观无穷大的微量流体。
4. 流体连续性假设：流体可视为由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。
稀薄空气和激波情况下不适合。
5. 密度0limV m m V V δδρδ→==重度0lim V G Gg V Vδδγρδ→===比体积1v ρ=6. 相对密度：是指*流体的密度与标准大气压下4︒C 时纯水的密度〔1000〕之比w wS ρρρ=为4︒C 时纯水的密度13.6Hg S = 7. 混合气体密度1ni ii ρρα==∑8. 体积压缩系数：温度不变，单位压强增量引起的流体体积变化率。
体积压缩系数的倒数为体积模量1P PK β=9. 温度膨胀系数：压强不变，单位温升引起的流体体积变化率。
10. 不可压缩流体：流体受压体积不减少，受热体积不膨胀，密度保持为常数，液体视为不可压缩流体。
气体流速不高，压强变化小视为不可压缩流体 11. 牛顿内摩擦定律：du dyτμ=黏度du dyτμ=流体静止粘性无法表示出来，压强对黏度影响较小，温度升高，液体黏度降低，气体黏度增加μυρ=。
满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体。
12. 理想流体：黏度为0，即0μ=。
完全气体：热力学中的理想气体第二章流体静力学1. 外表力：流体压强p 为法向外表应力，内摩擦τ是切向外表应力〔静止时为0〕。
2. 质量力〔体积力〕：*种力场对流体的作用力，不需要接触。
重力、电磁力、电场力、虚加的惯性力 3. 单位质量力：x y z Ff f i f j f k m==++，单位与加速度一样2m s 4. 流体静压强：1〕流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面，即沿着作用面的内法线方向2〕在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。
表冷器热工计算(终极版)
则，由式(5-2)得：ln(pqb·1)= 8.190927985 ln(pqb·s1)= 7.737439313
等式两边同取以e为底的指数，得: pqb·1= 3608.068925 Pa pqb·s1= 2292.594243 Pa
计算进风空气在t1温度下的实际水蒸气分压力 pq·1
pq1 pqbs1 A B(t1 ts1) (5-3)
Nf —
S1— Sf— db— δf—
计算表冷器最小单元格的截面积 f
'min
f
' min
S1 1.0
Sf 106
(1-7)
式中：
S1— Sf —
由式(1-7)得： f 'min=
6.72042E-05 m2
计算表冷器净面比 ε
fmin
f
' min
(1-8)
式中：
由式(1-8)得：
ε= 0.560551057
di—
由式(1-12)得：
fi= 0.037761944 m2/m
计算表冷器肋化系数 τ
fo fi
fo fi
(1-13)
由式(1-13)得：
式中：
fo—
fi—
τ= 19.57909018
计算表冷器肋通系数 a
a f o 1000 S1
(1-14)
式中：
fo— S1—
由式(1-14)得：
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
6
6.1
6.2 6.3
7
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5 8.6
8.7
9
9.1
化工课程设计--用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计
化工原理课程设计设计书专业年级 2011级应用化学小组成员指导教师日期 2014-5-27目录目录…………………………………………………第一章设计任务书 (1)第二章概述 (2)第三章结构设计与说明 (4)第四章换热器的设计计算 (5)第五章总结 (16)第六章参考文献 (18)第一章设计任务书一、设计名称用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计二、设计任务使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar(100kpa) ,冷却剂为水，水压力为3bar(300kpa)，处理量为10t/h。
三、设计任务1 合理的参数选择和结构设计2 传热计算和压降计算：设计计算和校核计算四、设计说明书内容1 传热面积2 管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核3 壳体直径4 结构设计包括流体壁厚5 主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管五、设计进度1 设计动员，下达设计任务书 0.5天2 搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1.5天3 设计计算（包括电算，编写说明书草稿） 5-6天4 绘图 3-4天5 整理，抄写说明书 2天第二章概述化工生产中,无论是化学过程还是物理过程,几乎都需要热量的引入和导出.例如在绝大多数化学反应过程和物理过程都是在一定温度下进行的,为了使物系达到并保持指定的温度,就要预先对物料进行加热或冷却,并在很多过程进行时,也要及时取走过程放出的热量或补充过程吸收的热量.工业上用于传热过程的基本设备称为换热器.在化工生产中,最常见的是两流体间的热交换.而且多是间壁式换热,两流体不接触,不混合.冷热两流体在传热是被固体壁面(传热面)所隔开,两流体分别在壁画两侧流动.典型的换热器有套管式换热器和列管式换热器. 列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：浮头式换热器、固定式换热器、U形管换热器、填料函式换热器等1 浮头式换热器浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。
热力化学第二章 流体P-V-T性质
是用于烃类气体的计算精度很高；
0.5 1 m1 Tr0.5
用计算机多用SRK方程，手算多用RK方程。
Tr—对比温度， Tr=T/TC ； ω—物质的偏心因子
m 0.480 1.574 0.176 2
2.2 流体的状态方程
3. 立方型方程——PR方程 RT a 方程形式： p V b V V b bV b 式中a、b为常数： 2 RTC a 0.45724 pc 普遍化关联式：
3. 立方型方程——RK方程
说明： a、b的物理意义与vdW方程相同，数值不同。 vdW方程，a/V2没有考虑温度；RK方程，考虑了温 度的影响。所以， RK 方程中 a 、 b 是物性常数，具有 单位。 计算精度高于 vdW 方程，尤其适用于非极性和弱 极性的化合物。 RK方程较成功用于气相p-V-T的计算，但液相效果 较差，也不能预测纯流体的蒸汽压(即汽液平衡)。
2 2 2 2
2.3 对比态原理及其应用
1. 普遍化EOS
P22，例题2-4
定义：用对比参数代入EOS得到的方程式。 普遍化RK方程
1 4.934 h Z - 1.5 (1) 1 h Tr 1 h
0.08664 Pr h ZTr
Z pV RT
(2)
2） 1) Z 0 1 式（ 普遍化 h 0 式（ Z1 Z1 - Z0 pVT EOS 特点：
华北科技学院
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第二章 流体的p-V-T 性质
2.1 纯物质的p-V-T 行为
1. 纯物质的p-V图 p
T4 T5 液 T3
T2 T1
表冷器热工计算(终极版)_参数化
(1)冷量
Q 704.617 kW
1.6
(2)出风空气干球温度 (3)出风空气湿球温度 (4)出水温度 (5)进风空气比焓 (6)出风空气比焓 (7)肋化系数
t2 12.250 ℃ ts2 12.222 ℃ tw2 13.727 ℃ h1 95.012 kJ/kg h2 34.616 kJ/kg τ 19.579
h2 7.495628 0.7937629 ts2 16.93575exp(0.053106 ts2) (6-2)
式中：
ts2—
步骤6计算完毕
由式(6-2)得： h2= 34.61632297 kJ/kg
计算表冷器的析湿系数 ξ
h1 h2
(7-1)
c p (t1 t2 )
式中：
h1— h2— cp—
步骤1计算完毕
N1— L0—
a— N2— Fy—
计算表冷器空气侧换热系数 αa
计算表冷器迎面风速 vy
vy
G 3600Fy
(2-1)
式中：
G—
Fy—
由式(2-1)得： vy= 2.603841187 m/s
计算最小空气流通单元的风速 vmax
vmax vy
(2-2)
式中：
vy—
ε—
由式(2-2)得：
计算表冷器流体侧换热系数 αw
w
(d i
v
0.8 w
1000) 0.2
(3-5)
式中：
步骤3计算完毕
由式(3-5)得： αw= 6737.980809 W/(m2·℃)
ψ— vw— di—
计算表冷器可提供的接触系数
E'
E'1- exp(
流体的PVT关系和状态方程
流体的p-v-T关系和状态方程教学目的要求能熟练掌握流体（特别是气体）的各种类型的P、V、T关系（包括状态方程法和对应状态法）及其应用、优缺点和应用范围。
定性认识流体P-V-T行为；掌握描述流体P-V-T关系的模型化方法，了解儿种常见的状态方程；掌握对比态原理和普遍化状态方程掌握计算真实气体混合物P-V-T关系的方法，并会进行计算。
了解液体的P-V-T关系教学内容在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p、体积卩和温度7是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的。
而许多其它的热力学性质如内能久爛S、Gibbs自由能G等都不方便直接测量，它们需要利用流体的p -K 数据和热力学基本关系式进行推算。
因此，流体的p -V -T关系的研究是一项重要的基础工作。
纯流体的P-关系气体的状态方程对应态原理和普遍化关联式真实气体混合物的P-V-T关系液体的P-V-T关系状态方程的比较、选用和应用纯流体的P-kT关系纯物质在平衡态下的p -v关系，可以表示为三维曲面，如图2 — 1 o图2-1纯物质的p-V-T 图曲面上分单相区及两相共存区。
曲线AC 和BC 代表汽液共存的边界 线，它们相交于点C, C 点是纯物质的临界点，它所对应的温度、压力和 摩尔体积分别称为临界温度7?、临界压力pc 和临界体积％。
将p -K ・7曲面投影到平面上，则可以得到二维图形。
图2 —2和 2-3分别为图2 — 1投影出的p 图和p 图。
图2-2纯物质的p - 7*图图2-3纯物质的p -卩图 图2-2中的三条相平衡曲线：升华线、熔化线和汽化线，三线的交 点是三相点。
高于临界温度和压力的流体称为超临界流体，简称流体。
如 图2 —2,从A 点到B 点，即从液体到汽体，没有穿过相界面，即是渐变的 过程，不存在突发的相变。
超临界流体的性质非常特殊，既不同于液体， 又不同于气体，可作为特殊的萃取溶剂和反应介质。
近些年来，利用超临 界流体特殊性质开发的超临界分离技术和反应技术成为引人注目的热点。
流体力学知识点
第一章流体物性与黏性1、流体质点是体积无穷小的流体微团，指相对于流场无穷小2、连续性假设是将流体认为是连续分布的流体质点所组成3、流体力学中物理量的基本量纲是L、M、T、Θ4、静止流体具有粘性5、理想流体没有黏性6、牛顿流体层与层之间的黏性切应力与速度梯度成正比7、液体的粘度随着温度的升高而降低8、黏性使紧贴固体表面的薄层流体随固体一起运动9、由于流体的黏性，可使流体在流动时出现速度梯度，同时使流体之间存在黏性切应力10、流体的可压缩性是指流体密度或体积在压力变化时而有变化的属性11、流体的热膨胀性是指流体密度或体积在温度变化时而有变化的属性12、马赫数小于0.3为低速空气空气动力学，可忽略其中流体密度的变化第二章流体静力学1、重力场中，单位质量的质量力是已知的2、流体静止是指流体相邻流体质点间没有相对运动3、静止流体的表面力具有沿作用面内法线方向的特性4、锅炉内静止水中的压强计算选择p0+γh计算式5、静压力的通用计算式p=p0+γh在绝对静止流体、重力场中、不可压缩流体、连通的同种流体情况下使用6、在绝对静止流体、重力场中、不可压缩流体、连通的同种流体条件下，等高面就是等压面7、在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是相互连通8、静止流体中，任一点处流体的压强增加不一定等值传递9、静止不可压缩液体中，任一点处压强的增加可在液体中等值地传递到其他点10、液体受到表面压强p作用后，它将毫不改变地传递到液体内部任何一点11、真空度是低于当地大气压的那部分压强12、一般情况下，平板静压力合力的压力中在面积形心之下13、计算静压合力的竖直分力时，压力体的体积一般在受力壁面的上方14、平壁面静水压力的合力作用点在压力中心15、压力中心的位置在受压面的形心以下或受压面的形心处16、任意形状平壁上所受静水压力等于该平壁的形心处静水压强与该受压面的面积的乘积17、静止流体中，任一点处流体的压强来自各个方向，并相等18、对于高于当地大气压的那部分压强用表压力计量19、一般情况下，自由液面肯定是等压面20、计算静压合力的竖直分力时，压力体内不一定有流体21、流体中某点的相对压强/记示压强是指该点的绝对压强与当地大气压的差值22、静止流体中存在压应力23、平衡液体中的等压面必为与质量力相正交的面，等压面与质量力正交24、欧拉平衡微分方程理想流体和实际流体均适用25、相对压强必为正值×26、作用于两种不同液体接触面上的压力是质量力×27、静压强变化仅是由质量力引起的√28、静压强的大小与受压面的方位无关√29、静水总压力的方向垂直指向受压面30、用图解法计算静水总压力适用于受压平面是矩形31、二维曲面上的静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力与铅直分力的交点×32、物体在水中受到的浮力等于作用于物体表面的静水总压力√33、水深相同的静止水面一定是等压面×34、单位质量力是指作用在单位质量流体上的质量力35、粘性流体在宏观尺度上其在固体物面上的速度等于当地物面的速度36、静止流体受到的切应力为037、静止液体中任意一点的静水压强与自由面上压强的一次方成正比38、仅在重力作用下，静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能为常数39、容器内盛有静止液体，则容器底部承受的合压力与自由面上的压强无关1、图示的容器a中盛有密度为r1的液体，容器b中盛有密度为r1和r2的两种液体，则两个容器中曲面AB上压力体相同，但压力不相等。
流体力学综合实验——流体流动阻力测定
4
2.64
2.31
26.40
24.88
2.12
55270
0.02174
11.15
5
2.08
1.40
16.45
15.53
1.67
43546
0.02122
11.21
6
1.70
0.95
11.31
10.68
1.36
35590
0.02156
11.54
7
1.36
0.58
7.73
7.35
1.09
28472
光滑管
21
1000
660
粗糙管
22
1000
680
2.数据处理
水温t=30.7℃，查表得：
ρ=995.7kg/ ；μ=0.801 Pa·s；
取流量V大于1m3/h的数据组进行计算，结果见表2，表3：
表2光滑管实验数据处理
序号
流量V/(m3/h)
直管压差△pf1/kPa
含阀门直管压差/△pf2/kPa
截止阀压/
光滑管截止阀ξ=11.4；粗糙管闸阀ξ=1.49。
⑵分析：
由上图可以看出，本实验所绘制的λ~Re图与课本的Moody图差别较大，原因除了操作不当外，还可能是当流速过低时，压力传感器的测量值偏小，导致较小的数据的偏移也会产生很大的相对误差，因此分析时应把Re过小的点舍去。
对于光滑管来说，当流体流过光滑管时，因为管的粗糙峰很小，粗糙峰都处在湍流的层流底层之下，故ε/d对流动阻力不产生任何影响，这时λ只是Re的函数，那么，光滑管的图像应与课本里的Moody图完全一致，然而上图并没有这个趋势，原因可能是实验所选用的光滑管本身光滑度就不是很好，在实验过程中由于操作不精细也会引入误差，因此其粗糙度不可忽略。
procast热物性参数
附注：红色字体为热应力耦合模拟必须输入的参数，蓝色字体为一般模拟需要的相应参数一、材料参数（Material Database（一）成分（composition重量百分含量%）通过输入合金成分，软件可以自动计算（采用Scheil或Lever模型）Al系，Fe 系，Ni系，Ni16，Ti系，Mg系的热函曲线，固相分数和液固相温度。
（二）传热属性（thermal）1. 热导率（Conductivity常数或温度的函数，单位:W/m/K）2. 密度（Density常数或温度的函数,单位:kg/m**3）3. 比热容（Specific Heat常数或温度的函数，单位:kJ/kg/K）4. 热函（Enthalpy常数或温度的函数，单位:kJ/kg）（等同于比热容和潜热）5. 固相分数（Fraction Solid常数或温度的函数）6. 潜热（Latent Heat常数,单位:kJ/kg）7. 液固相线温度（Liquid-Solidus常数,单位:C）8. 发热属性（Exothermic轴套材料达到燃烧温度后放出的热量，燃烧分数为温度的函数）（三）流体属性（Fluid）1. 粘度（Viscosity）a. Newt onian 流体粘度（常数或温度的函数，单位:Pa.s）b. Carreau-Yasuda流体（非牛顿流体模型，其粘度为切变速率的函数平衡方程:r 亠 L : 「■ 1 ?）涉及到的参数有n o,n -，入,ac. Power-Cutoff流体（用于触变铸造）2. 表面张力（Surface Tension常数或温度的函数，单位:N/m）3. 渗透率（Permeability高渗透率意味着自由流动，反之则意味着不流动.铸件材料仅适用于液固相线之间.常数或固相分数的函数，单位m**2）4. 过滤网材料属性（Filter）a. 孔隙率（Void fraction 常数）b. 表面积Surface area常数，单位:1/m）二、界面传热参数（Interface Database（一）标准界面传热系数（inteface）（H.T.Coeff常数或时间、温度的函数,单位:W/m**2/K.界面之间网格需要一致）（二）压铸复合传热系数（Die Combo）自动根据压模开合顺序改变传热系数当压模闭合时界面传热系数为常数或温度的函数；当模型打开时定义大气与压型间界面换热系数Air Coeff和环境温度Air Temp ；喷水冷却阶段定义喷水冷却界面换热系数Spray Coeff和喷射冷却温度Spray Tempo 三、边界条件参数（Boundary Conditions Database（一）定义表面相关参数1. 温度（Temperature）常用于设置充型计算的浇注温度（常数或时间的函数，单位:C）；2•传热（heat）:Q = Flux h T 飞；T4-T.4，需要输入的参数有：热流Flux（Heat Flux,常数或时间的函数，单位:W/m**2）界面换热系数（与外界环境间的）h（Film Coeff,常数或时间、温度的函数，单位:W/m**2/K）、环境温度T a（Ambient Temp,,单位:°C ）、发射率& o真空中辐射时只需要定义发射率。
物性参数
物性参数热工技术中常用单位换算表1W=1J/s（功率单位）1kw=1.359ps(米制马力)=1.341hp（英制马力）1J=1N.m（能量单位）1 kcal=4.1868kJ1 kcal/ h=4.1868×103J/3600s=1.163J/s=1.163WQ=kFΔt 传热方程式Q吸=Q放热平衡方程式即：Q=G1C1（t′1-t″1）= G2C2（t″2-t′2）工程单位制中的Q、q、λ、α、k等各乘以1.163即换算成国际单位制中相应单位的值。
传热学是研究热量传递规律的科学。
工程热力学研究的对象是热能转化成机械能的规律和方法，以及提高转化效率的途径。
热力学第一定律说明了能量在传递和转化时的数量关系，即某一物体失去的热量必然等于另一物体所得到的热量。
热力学第二定律是研究能量传递和转移过程进行的方向、条件和深度等规律问题，其中最根本的是关于方向的问题。
热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传至高温物体。
1.导热：也称热传导，是指物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。
例如，物体内部热量从温度较高的部分传递到温度较低的部分，以及温度较高的物体把热量传递给与之接触的温度较低的另一物体都是导热现象。
2.热对流：简称对流，是指流体内部各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混而引起的热量传递现象。
热对流现象仅能发生在流体内部，而且必然伴随有导热现象。
3.热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。
物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
（由物体表面直接向外界发射可见和不可见射线，在空间传递能量的现象称为热辐射。
它是一种非接触传递能量的方式。
）4.温度：是指物体冷热的程度。
是指物质微观粒子（分子、电子等）热运动激烈程度的衡量。
5.导热系数λ（导热率）：它表示物质导热能力的大小。
由实验取得。
单位：W/m.℃6.换热系数α(放热系数、给热系数)：表示当流体与壁面间的温差为1℃时，在单位时间内，通过单位面积的热量。
如何计算对流传热系数
49 .0W 2/m 2oC
14
【例5-16】已知Q’=4×105kJ/h，两个单程换热器： D=270mm，n=48，φ25×2.5mm，l=3m
液体
温度℃ 质量流量 比热 密度
入口 出口 kg/h
kJ/kg· K
kg/m3
有机液 63 T2 30000 2.261 950
问水：（1）28两个t2换热器200能00否满足4.1要87 求？1000 （2）是并还是串？
2
T
Q' Q ?
1
T1=63℃
t2 mh1=30000kg/h
m’h1=15000kg/h
T1=63℃
mh1=15000kg/h
Байду номын сангаасt3
2 1
T’2 t2
t1 mh2=20000kg/h
单独进行计算
Q'Q1Q2 ?
Q1 KAtm
16
二、管外强制对流
1、流体绕单根圆管的流动情况
（a）流动情况 （b）对流传热系数变化情况 （图中αp表示局部对流传热系数，α表示平均对流传热系数）
经验关联式为： Nu0.02Re30.8prn
或
0.02d3du0.8cpn
使用范围： Re 104 0.6pr 160
从分发展段以后： 管长与管径之比 l d 50
定性尺寸： L取管内径 di 定性温度取流体进、出口温度的算术平均值
流体被加热时n=0.4；冷却时n=0.3
t twtm2
tmt1t22
定性尺寸见表5-6
26
§4-18 蒸汽冷凝时的对流传热系数
分析： QKAtm
Q ' m s 1 c p 1 ( T 1 T 2 ) m s 2 c p 2 ( t2 t1 )