化工流体流动与传热
流体流动中的相变现象和传热问题
流体流动中的相变现象和传热问题在流体力学中，相变现象和传热问题是非常重要的研究课题。
相变是指物质在一定条件下从一个相态转变为另一个相态的现象，而传热则是指热能在物体之间传播的过程。
本文将探讨流体流动中的相变现象和传热问题，并分析其在工程应用中的重要性。
一、相变现象1. 物质相变的基本概念相变是物质从一个相态转变为另一个相态的过程。
常见的相变有凝固、熔化、沸腾和凝结等。
在相变过程中，物质的温度和压力保持不变，只有物质的热量发生变化。
2. 相变的分类相变可以分为一级相变和二级相变。
一级相变是指相变过程中物质的热容变化，例如凝固和熔化。
二级相变是指相变过程中物质的熵变化，例如沸腾和凝结。
3. 相变的影响因素相变的发生与温度、压力和物质的性质密切相关。
当温度和压力达到一定条件时，相变才会发生。
不同的物质具有不同的相变温度和相变压力，这取决于物质的性质。
4. 相变的应用相变在许多工程领域中具有广泛的应用。
例如，利用相变储能技术可以在低温蓄热，并在需要时释放热能。
相变材料也用于制造高效的热交换器和冷却设备，提高能源利用效率。
二、传热问题1. 传热的基本概念传热是指热量在物体之间传递的过程。
根据传热方式的不同，可以分为导热、对流和辐射传热。
导热是指热量通过物质的传递，对流是指热量通过流体的流动传递，辐射是指热量通过电磁辐射传递。
2. 传热的计算方法传热过程的计算是工程应用中的重要问题。
对于导热和对流传热，可以利用传热方程来计算热传导和热对流的热量传递。
而辐射传热的计算则需要考虑辐射传热系数和物体之间的相互作用。
3. 传热问题的应用传热问题在许多工程领域中都有广泛的应用。
例如，在能源工程中，传热问题是热能转化和利用的关键。
在化工工程中，传热问题是反应器设计和热交换器设计的基础。
在航空航天工程中，传热问题是飞行器的热保护和热管理的关键。
三、流体流动中的相变和传热问题1. 流体流动中的相变问题在流体流动中，相变问题通常涉及到气液两相的相互转化。
1 流体流动与传热
流体静压力的计算
如图所示，采用一复式U形压差计测量容器中O点处的压力，两段U形 管A和B中水银柱读数分别为60、70cm，中间一段充满水，求O点处 的压力
pO p2 0.8 w g
200
O
pa
RB=700
' p2 p2 p1' 0.6 Hg g
1 1’ 1’’
RA=600
P+dp
dp
dz
gdz 0
p
z
对于不可压缩流体，密度为常数
p
gz 常数
0
1 2
0
p1
gz1
p2
gz2
h z1 z2
p2 p1 g z1 z2
或
p2 p1 gh
注：上式只适用于重力场中静止的不可压缩的单一连续流体； 静压力只与各点的垂直位置有关，而与水平位置无关； 只有在压力变化不大时，气体才可适用上式。
聚合反应器与聚合反应操作
课程的教学内容
化工原理（流体流动与传热） 化学反应工程基础
聚合反应工程分析
搅拌聚合釜内的传递过程 搅拌聚合釜的放大 聚合过程与聚合反应器
第1章
流体流动与传热
1.1 流体流动
泵
水
水 池
水 封
连续介质假定：将流体视为由无数质点组成的、彼 此间没有空隙的连续介质。
R
d
2 1 u1
D
2
u2
1
管道两测点间连接压差计读数代表什么意义?
B
p1 pA gh1 p2
n
lg m xi lg i
i 1
化工原理总结
（5）流体在非圆形直管内的流动阻力 当流体在非圆型管内湍流流动时，计算阻力时d用当 量直径de代替。
当量直径：4倍的流通截面积除以流体润湿周边长度
de——当量直径，m； rH——水力半径，m。
de
4A
4rH
对于矩形管长为a,宽为b
（4）轴功率 离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电 动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，以N表 示，其单位为W或KW。泵的有效功率可写成
Ne QHg
由于有容积损失、水力损失与机 械损失，所以泵的轴功率N要大 于液体实际得到的有效功率，即
N Ne
泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比 泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功 率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。
0
T0 p Tp 0
上式中的ρ0为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准 状态下气体的绝对温度和绝对压强。
混合气体的密度：
m
pM m RT
M m M A yA M B yB M n yn
（2）流体的粘度
液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升 高而增大。
压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强 增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。
Re≤2000时，流动类型为层流； Re≥4000时，流动类型为湍流； 2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。
层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运 动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层 的同心圆筒在平行地流动。（滞流） 湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质 点还作剧烈的径向脉动。（紊流）
简述化工设计中热传递的主要方式及特点
简述化工设计中热传递的主要方式及特点下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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化工原理(上册)—化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案
化工原理(上册) - 化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案第一章：引言习题1.1答案：该题为综合性问题，回答如下：根据流体力学原理，液体在容器中的自由表面是一个等势面，即在平衡时，液体表面上各点处的压力均相等。
所以整个液体处于静止状态。
习题1.2答案：该题为计算题。
首先，根据流速的定义：流体通过某个截面的单位时间内通过的体积与截面积之比，可得流速的公式为：v = Q / A，其中v表示流速，Q表示流体通过该截面的体积，A表示截面积。
已知流速v为10m/s，截面积A为0.5m²，代入公式计算得：Q = v × A = 10m/s × 0.5m² = 5m³/s。
所以，该管道内的流体通过的体积为5立方米每秒。
习题1.3答案：该题为基础性知识题。
流体静压头表示流体的静压差所能提供的相当于重力势能的高度。
根据流体的静压力与流体的高度关系可知，流体静压力可以通过将流体的重力势能转化为压力单位得到。
由于重力势能的单位可以表示为m·g·h，其中m为流体的质量，g为重力加速度，h为高度。
而流体的静压头就是将流体静压力除以流体的质量得到的，即流体静压力除以流体的质量。
所以，流体静压头是等于流体的高度。
第二章：流体动力学方程习题2.1答案：该题是一个计算题。
根据题意，已知流体的密度ρ为1.2 kg/m³，截面积A为0.4 m²，流速v为2 m/s，求流体的质量流量。
根据质量流量公式：Q = ρ × A × v，代入已知数值计算得：Q = 1.2 kg/m³ × 0.4 m² × 2 m/s = 0.96 kg/s。
所以，流体的质量流量为0.96 kg/s。
习题2.2答案：该题为综合性问题，回答如下：流体动量方程是描述流体运动的一个重要方程，其中包含了流体的质量流量、速度和压力等参数。
化工流体流动与传热课后习题答案-柴诚敬编
17．如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m ，水从φ108 mm ×4 mm 的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m 。
已知水流经系统的能量损失可按∑h f =5.5u 2计算，其中u 为水在管内的平均流速（m/s ）。
设流动为稳态，试计算（1）A -A '截面处水的平均流速；（2）水的流量（m 3/h ）。
解：（1）A - A '截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ++=+++∑ （1）式中 z 1=7 m ，u b1～0，p 1=0（表压） z 2=1.5 m ，p 2=0（表压），u b2 =5.5 u 2 代入式（1）得22b2b219.8179.81 1.5 5.52u u ⨯=⨯++ s m 0.3b =u（2）水的流量（以m 3/h 计）()h m 78.84s m 02355.0004.02018.0414.30.3332b2s ==⨯-⨯⨯==A u V 18. 20℃ 水以2.5m/s 的流速流经φ38×2.5mm 的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m 的水平管相连。
如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。
若水流经A ﹑B 两截面的能量损失为1.5J/㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
分析:根据水流过A 、B 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解 解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速分别为u A 、 u B u A A A = u B A B∴ u B = （A A /A B ）u A = （33/47）2×2.5 = 1.23m/s 在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程Z 1ｇ + ｕ12／2 + Ｐ1/ρ = Z 2ｇ+ ｕ22／2 + Ｐ2/ρ + Σｈf∵ Z 1 = Z 2∴ （Ｐ1-Ｐ2）/ρ = Σｈf +（ｕ12-ｕ22）／2 g （h 1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2 h 1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm19.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。
流体流动与传热的数值计算
12
三、本课程的目的
❖ 数值求解有关过程的方法很多，但本课程不 打算介绍所有现成的方法，这样只会把同学 们搞糊涂，感到茫然、不知所措。
❖ 本课程主要介绍由Patankar教授与Spalding教 授所开创的（通用）数值计算方法。学习和 掌握这一套方法后即可用以计算分析在科研 工作中可能遇到的实际问题，并可在此基础 上学习、掌握其他数值计算方法。
❖ 但试验的代价→昂贵，某些时候甚至不可能实现，尤 其是在大型工业化装置上进行实验更为困难。
❖ →只能针对已有的现象或装置做→很难用于开发。1： 1，逐渐放大→大大影响了我国化学工业的发展。
❖ 对一些基本物理现象的规律并不都能从实物试验中获 得。
20.8.16
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②相似理论指导下的实验
缩小规模：或取一局部物体作模型试验。如 裂解炉的开发：单管试验、多管缩小尺寸、 传热试验、加热时间等；再如降膜结晶法：a. 短单管→物理现象观察分析；b. 长、单管， 中间实验；c. 多根管的放大试验；d工业装置。 但即使如此，有时也存在不同程度的困难。
2. R.B. Bird & W.E.Steward，Transport Phenomena
3. E.R.G. Eckert，Analysis of heat and mass transfer
4. Jacob，Heat Transfer 5. 王补宣，工程传热与传质学
6. O.C. Zienkiewieg，The finite element method , by 7. H. Schlichting，Boundary layer theory
→所有这些都要求更细的过程、更精密的控制 →有必要预测有关的过程。
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天津大学《化工流体流动与传热》教学大纲
★面向21世纪课程教材★化工流体流动与传热教学大纲天津大学化工学院化工系2003年4月《化工流体流动与传热》课程教学大纲64 学时4 学分一、课程性质、目的和任务本课程及其后续课程《化工传质与分离过程》，是为培养面向21世纪高等化工创新人才的需要而建立的新课程体系中的主干课程。
本课程将传统的《化工原理》与《化工传递过程基础》有机地融为一体，依据传递过程的理论体系和单元操作的共性组合而成。
本课程属于化工类及其相近专业的一门主干课，为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。
本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，是化工类及其相近专业许多专业课程的重要基础课程，本课程教学水平的高低，对化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。
本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量传递理论）考察、解释和处理化学工程中的实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。
本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练；强调理论与实际相结合；强调提高分析问题、解决问题的能力和综合能力。
学生通过本课程学习，应能够运用动量和热量传递的基本理论，解决流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、液体搅拌、过程传热、蒸发等单元操作过程的计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的学习奠定基础。
二、教学基本要求本课程在第五学期(四年制)开设。
教材内容分为课堂讲授、学生自学和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。
本课程教学计划总学时64学时（其中课堂讲授62学时，机动2学时）；学生自学12学时；课程设计1周。
本课程采用课后习题，每次课后留2～3个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况布置综合练习题和安排习题讨论课。
化工原理
第一章流体流动1、密度定义: 单位体积流体所具有的质量称为密度.公式: ρ= m / V式中：ρ----流体的密度，kg/m3 ，m ----流体的质量，kg，V ----流体的体积，m3。
在研究流体流动时，若压力与温度变化不大时，则可认为液体的密度为常数。
密度为常数的流体称为不可压缩流体。
严格说来，真实流体都是可压缩流体，不可压缩流体只是在研究流体流动时，对于密度变化较小的真实流体的一种简化。
本章中如不加说明均指不可压缩流体。
2、气体密度一般来说气体是可压缩的，称为可压缩流体。
但是，在压力和温度变化率很小的情况下，也可将气体当作不可压缩流体来处理。
当气体的压力不太高，温度又不太低时，可近似按理想气体状态方程来计算密度。
即ρ= m /V＝nM / V = p M / RTp -------- 气体的绝对压强，kPa或kN/m2；n -------- 物质的量，mol ；M --------气体的摩尔质量，kg/mol；T -------- 气体的绝对温度，K；R ------气体常数，8.314 kJ/(kmol · K)。
3、混合物密度A. 液体混合物各组分的浓度常用质量分率来表示。
若混合前后各组分体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之和。
混合液体的平均密度ρm为：1/ρm =∑（xmi / ρi ）式中ρi------ 液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3 ；xmi------ 液体混合物中各组分的质量分率。
B. 气体混合物各组分的浓度常用体积分率来表示。
若混合前后各组分的质量不变，则1m3混合气体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。
混合气体的平均密度ρm为：ρm = ∑（xvi ρi ）式中ρi-------- 气体混合物中各纯组分的密度，kg/m3 ；xvi------ 气体混合物中各组分的体积分率。
二、流体的静压强1、静压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为压强，或称为静压强。
化工流体流动与传热
ux
由于有粘性，速度逐渐减小。
实验证明： 对于多数流体，任意两相邻流体层之间作用的剪切力F与两流体层的速度差ux及其作用面积A成正比，与两流体层之间的垂直距离y成反比。
单位面积上的剪切力称为剪应力，以表示，有
剪应力
1
2
3
4
5
速度梯度，在与流动方向垂直的方向上的速度的变化率（矢量）
*
原料－预处理－化学反应－后处理－产品
一般为物理过程 预热 输送 精制 压缩 …… 共性问题
化学反应工程（反应过程＋设备反应器）核心地位
一般为物理过程 冷却（凝） 蒸发 结晶 吸收 精馏 …… 共性问题
高压聚乙烯生产的主要步骤
*
化学反应
物理过程
反应工程
化工原理 （单元操作）
化工生产过程 化工生产过程：对原料进行化学加工，最终获得有价值产品的生产过程。
*
教 学 安 排
裕卿
周三由学习委员或班长收、发作业。 目类型：作业题。
*
教 学 安 排
五、答疑安排 时间及地点：期末统一安排 平时地点：20楼化工原理教研室（832室） 六、有关要求 （1）按时交作业，无特殊情况补交作业无效。 （2）独立完成作业，发现抄袭，责任自负。 （3）累计欠作业1/3者取消考试资格。 （4）点名或抽查累计3次未到者取消考试资格。
传递过程是联系各单元操作的一条主线。
实验研究方法（经验法） 以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，通常用无量纲数群（或称准数）构成的关系式来表达。这是工程上一种通用的基本方法。
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。
922化工原理二
922化工原理二
922化工原理二是一门课程，主要涉及化学工程领域的基本理论和实践。
这门课程的重点包括流体流动、热量传递、物质传递、化学反应等方面的基本原理。
在学习这门课程时，学生需要掌握以下几个关键知识点：
1. 流体流动：主要包括流体的基本性质、流体流动的规律、流速与压强的关系等。
此外，还需要了解流量计、泵、压缩机等设备的工作原理。
2. 热量传递：涉及热传导、对流传热和辐射传热等基本方式，以及换热器、冷却塔等热交换设备的设计和计算。
3. 物质传递：主要包括物料输送设备（如输送泵、压缩机等）的工作原理和选用，以及固体颗粒的输送和干燥原理。
4. 化学反应：涉及化学反应速率、反应器类型、反应动力学等内容。
学生需要了解不同类型的反应器（如釜式反应器、管式反应器等）及其设计方法。
5. 单元操作：主要包括分离技术（如蒸馏、萃取、离子交换等）、蒸
发、结晶等单元操作的基本原理和设备。
6. 化工工艺设计：涉及工艺流程的优化、设备选型、操作参数的确定等。
通过学习这门课程，学生将具备化学工程领域的基本理论知识，为后续的专业课程和实践环节打下基础。
在实际应用中，这些知识将有助于分析和解决化学工程领域的问题，为我国化工行业的发展作出贡献。
流体流动与热传递的工程应用研究
流体流动与热传递的工程应用研究流体流动和热传递是热力学和流体力学领域的重要研究方向之一。
它们在许多工程领域中扮演着重要的角色，如能源转换、化工过程、环境工程等。
本文将对流体流动和热传递的工程应用进行探讨。
一、流体流动的工程应用研究流体力学是研究流体在力的作用下的运动行为的学科。
在工程领域中，流体流动起到了非常重要的作用。
以下列举了几个流体流动的工程应用研究方向：1. 管道系统的流体传输管道系统的流体传输是很多工程领域中常见的问题，如油气管道、水管道等。
研究管道系统中的流体流动行为，可以帮助我们了解管道系统中的流量分布、压力损失等问题，进而优化管道系统的设计与运行。
2. 喷气推进器研究喷气推进器是飞机、火箭等交通工具中的重要部件之一。
研究喷气推进器中的流体流动行为，可以帮助我们了解气流的受力和能量转换过程，进而提高推力效率和燃烧效率。
3. 污水处理和水资源管理污水处理和水资源管理是当今社会中的重要课题。
流体力学的研究可以帮助我们了解污水在处理过程中的流动行为，从而优化处理设备的设计和运行，提高水资源的利用效率和环境保护效果。
二、热传递的工程应用研究热传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
研究热传递的工程应用可以帮助我们更好地利用热能，提高能源转换效率。
以下列举了几个热传递的工程应用研究方向：1. 热能转换与利用研究热传递的工程应用可以帮助我们更好地理解热能转换与利用的过程，如锅炉、蒸汽发生器、热交换器等设备。
通过优化热传递过程，可以提高能源转换效率，减少能源消耗，降低对环境的影响。
2. 热管技术研究热管是一种高效的热传递设备，应用广泛于电子器件的散热、空调系统、核工程等领域。
研究热管的热传递性能，可以提高热管的传热效率，进一步提高热管在工程上的应用。
3. 热辐射的工程应用热辐射是通过电磁波传递热量的过程。
研究热辐射的工程应用可以帮助我们更好地利用太阳能、红外线等热辐射能量，如太阳能热水器、太阳能光伏发电等应用。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程中的能量转移和热平衡问题。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品的质量和产量，还直接关系到能源的利用效率和生产成本。
因此，对于化工原理传热的研究和应用具有重要的意义。
首先，我们来了解一下传热的基本原理。
传热是指热量从高温区传递到低温区的过程。
在化工生产中，常见的传热方式包括传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的流动传递，而辐射则是指热量通过电磁波辐射传递。
这三种传热方式在化工过程中经常同时存在，相互作用，共同影响着热量的传递效果。
在化工原理传热中，热传导是最基本的传热方式。
热传导的速率取决于传热介质的导热系数和温度梯度。
导热系数越大，温度梯度越大，传热速率就越快。
在化工设备中，常见的传热设备包括换热器、冷凝器、蒸发器等，它们利用传热原理实现了物料之间的热量交换。
通过合理设计传热设备的结构和选用合适的传热介质，可以有效提高传热效率，降低能源消耗和生产成本。
除了传热设备的设计，传热过程中的传热表面也是影响传热效果的重要因素。
传热表面的形态和材质对传热速率有着直接的影响。
通过增大传热表面积和改善传热表面的热传导性能，可以提高传热效率，实现更高效的能量转移。
在化工生产中，传热过程还经常涉及相变热的问题。
相变热是指物质在相变过程中吸收或释放的热量。
在化工原理传热中，常见的相变热包括蒸发、冷凝、凝固和熔化等。
通过合理控制相变热的过程，可以实现对物料温度的精确控制，保证生产过程的稳定性和产品质量。
总的来说，化工原理传热是化工工程中不可或缺的一部分，它直接关系到生产过程的能量转移和热平衡问题。
通过深入研究传热原理，合理设计传热设备和优化传热过程，可以实现能源的高效利用和生产成本的降低，推动化工生产的可持续发展。
希望通过本文的介绍，读者能对化工原理传热有更深入的了解，为实际生产提供一定的参考和指导。
化工原理课件-流体输送与传热技术
截止阀stop valve,Globe Valve
截止阀： 主要部件为阀盘与阀座，流体自下而上 通过阀座，截止阀的流向一律采用自上而下
特点：构造比较复杂，流体阻力较大，但密闭性与
调节性能较好，不宜用于粘度大且含有易沉淀颗
粒的介质。
24
化工 原理
球阀 Ball Valve
阀芯呈球状，中间为一与管内径相近的连通孔，结构比 闸阀和截止阀简单，启闭迅速，操作方便，体积小， 重量轻，零部件少，流体阻力也小。
5
化工 原理
物理加工过程虽然形态各异，但根据它们的工作 原理，可以归纳为若干个基本单元操作过程，如：
流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结 晶、干燥、吸收、蒸馏、萃取等。
举例：
（1）合成氨、硝酸、硫酸
吸收分离气体混合物 亨利定律及相平衡
（2）尿素、聚氯乙烯
干燥除去固体中的水份 气固相平衡
（3）乙醇、乙烯
两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。 有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。
这种连接主要用于铸铁管、衬胶管、非铁金属管和法兰阀门等的连
接，工艺设备与法兰的连接也都采用法兰连接。
法兰连接的主要特点是拆卸1方6 便、强度高、密封性能好。
化工 原理
3、管件
管件是用来连接管子以达到延长管路、改变管路方向
或直径、分支、合流或封闭管路的管路附件的总称
用以改变流向
17
化工 原理
用以堵截管路
18
化工 原理
用以连接支管
19
化工 原理
用以改变管径
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化工 原理
用以延长管路
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化工 原理
4、阀门
《化工原理教学》传热-对流课件
为了帮助学生更好地理解对流传热的概念和原理，本课件介绍了化工原理教 学中重要的一部分——传热-对流。
对流基础知识
1 对流定义
对流是物质在流体中的传递过程，常常伴随着随流体运动的热量传递。
2 对流规律
对流是由于温度场引起的流体流动现象，遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒的原理。
3 对流换热原理
对流换热是通过流体流动引起的热量传递方式，常见于化工工程和热交换器中。
对流换热的传热机理
1
对流传热的影响因素
2
流体速度、温度梯度、表面特性等因
素会影响对流传热过程的效率。
3
对流传热机制
对流传热通过流体流动和温度差驱动， 实现了物体间的热量交换。
对流传热的计算公式
根据牛顿冷却定律和对流换热系数， 可以计算对流传热的热量传递率。
对流传热的应用
工程中的对流传热应用
对流传热在化工工程、能源行业和热处理等 领域中有着广泛而重要的应用。
实际案例分析
通过对实际案例的分析，探讨对流传热在工 业过程中的是许多工程和技术领 域中必不可少的关键过程。
学习对流传热的意义
掌握对流传热的原理和应用， 对于化工专业的学生和从业人 员至关重要。
未来的发展和应用前景
对流传热的研究和应用将在能 源、环保等领域发挥重要作用。
化工原理上册化工流体流动与传热
绪 论一、本门课程的产生化学工业是对原料进行化学加工以获得有用的产品。
显然，其核心是化学反应过程及其设备，为使化学反应经济有效的进行，反应器内必须保持某些最佳反应条件，如适宜的压强、温度和物料的纯度。
这些过程统称为前处理。
反应后，产物与反应物必须分开，产物必须精制，这些过程称为后处理。
前后处理中，绝大多数过程是纯物理过程。
从诸多化学工业生产中如何找出规律性的东西。
解剖麻雀：碳酸氢氨的制造冷气热气Q HCO NH O H CO NH +⇔++34223首先制备原料 3NHQ NH N H +⇔+32223循环冷气经合成塔内外壁环隙从上而下，由热交换器的管间进入从中心管上升入触媒层。
压强为[]a P k ⋅⨯310392.31 温度为 C C 520~480 。
①动量传递（冷气入塔）（物理学中：动量=质量⨯速度[]s N ⋅）②热量传递③质量传递（氨水吸收二氧化碳制造碳酸氢氨）④化学反应工程。
（合成炉）除化学反应外，其余步骤皆可归纳为若干基本物理过程如输送、压缩、传热、沉降、过滤、蒸发、结晶、干燥、蒸馏、吸收、萃取、冷冻等。
共同的过程：传递过程（三传一反）共同的方法：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧建立数学方程。
映了过程的真实面貌，的主要因素，大体上反抓住影响过程—即半理论半经验方法）、数学研究模型方法（量之间的关系）。
、直接用实验测取各变（避免了方程式的建立验的方法）、实验研究方法即经（21 任何一个学科（或学科分支）之所以能成为一门学科，必须有统一的研究对象、统一的研究方法。
统一对象即传递过程，也是联系各单元操作的一条主线；各单元操作有着共同的研究方法，这样以单元操作为内容，以传递过程和研究方法为主线组成了“化工原理”这一门课。
共同的过程 共同的方法产生一门学科即：化工原理。
二、《化工原理》课程的性质、地位和作用《化工原理》是在高等数学、物理学及物理化学、化学等课程的基础上开设的一门基础技术课程，其主要任务是研究化工单元操作的基本原理，典型设备的构造及工艺尺寸的计算或设备选型。
化工流体流动与传热
nc ? 1.1 n nc ? 1.19 n
换热管 总数
系列标准
159mm 273mm 400mm 500mm 600mm 800mm 1000mm 1200mm 1400mm
一、设计的基本原则
8.流体通过换热器的流动阻力 (压降)计算 (1)管程阻力的计算
?? pi ? (?p1 ? ? p2)Ft Ns Np 管程压降计算式
每程管子 数应相等
一、设计的基本原则
(2)壳程数的确定
当 ? ?t ? 0.8
则 应采用多壳程
NS ? 2
不宜 采用
串联 使用
一、设计的基本原则
6.折流挡板的选用
挡板缺
口高度
(1)折流挡板的类型
h
弓形折流板√
折流挡板 圆盘形折流板
分流形折流板
系列标准 h ? 20%D
壳
h ? 25%D
体 直
径
一、设计的基本原则
对正方形排列
F ? 0.3
一、设计的基本原则
fo — 壳程流体的摩擦系数
当 Reo ? 500
fo ? 5.0 Reo?0.228
其中
Reo
?
douo? ?
uo
?
Vs Ao
Ao ? z(D ? ncdo )
壳程流 通截面
积
二、设计的具体步骤
一般步骤
? 估算传热面积，初选换热器型号 ? 根据换热任务，计算传热量 ? 确定流体的流径 ? 确定流体的进出口温度 ? 计算定性温度，查找流体物性 ? 计算平均温度差 ? 根据流体温差和设计要求，确定换热器型式
?
1)
?uo2
2
? p2?
管束压降
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1.1 流体的物理性质 1.2 流体静力学基本方程 1.3 流体流动的基本概念 1.4 流体流动的基本方程 1.5 动量传递与流动阻力导论 1.6 流体流动的微分方程 1.6.1 概述
一、微分衡算方程与微分衡算方法
1. 微分衡算方程
连续性
对微单分组质分量流衡体算进方行程√微分质量衡方算程
f ( , r,, z)
时间 径向 坐标
方位角 坐标
轴向 坐标
直角坐标与柱坐标的关系
三、柱坐标与球坐标的连续性方程
柱坐标的连续性方程为
1 r
r
(rur
)
1 r
(u
)
z
( u z
)
0
轴对称
0
r
三、柱坐标与球坐标的连续性方程
2. 球坐标的连续性方程 柱坐标系的坐标分量
f ( , r,, )
Du
D
dFx
dxdydz
Du x
D
dF
dFy
dxdydz Du y D
动量守恒定 律表达式
dFz
dxdydz
Du z
D
一、运动方程的推导
（2）作用在流体微元上的外力 ① 体积力 作用在流体微元整体上的力 只考虑重力场的影响
设 dFg —流体微元所受的重力，N
dFgx Xdxdydz dFg dFgy Ydxdydz
方法1
偏导数表示观察者位置固定，此时测得的温度
随时间的变化率。 （2）全导数 dt
d
方法2
全导数表示观察者与流体各以任意的速度运动，
此时测得的温度随时间的变化率。
二、物理量的时间导数
由 t t(x, y, z, )
全微分得
dt t d t dx t dy t dz
x y z
除以d 得
全导数 定义式
在流体运动的空间中选一质量固定的流体微元， 该流体微元随流体一起运动，对此流体微元依据守 恒定律作相应的衡算，以得到相应的微分衡算方程。
流
质量固定
体
流体 微元
位置变化
微 元
u
体积随密度变化
二、物理量的时间导数
1. 时间导数的测定方法 示例 测定大气温度随时间的变化。
设大气的温度场 t t(x, y, z, )
随体导数 定义式
dt t
t
t
t
d ux x u y y uz z
随体导数
随波逐流导数
第一章 流体流动
1.6 流体流动的微分方程 1.6.1 概述 1.6.2 连续性方程
一、连续性方程的推导
采用欧拉方法推导
边长 dx、dy、dz
流体 微元
体积 dxdydz
质量 dxdydz
点（x, y, z）处的速度
在 x 方向
y
输入的质量速率 ux
u x dydz
输出的质量速率
z
[u
x
( u x
x
)
dx]dydz
dx
dy
dz
u x
( u x
x
)
dx
x
质量速率差
（输出-
输入）x
( u x
x
)
dxdydz
一、连续性方程的推导
同理，在 y 和 z 方向
（输出-
输入）y
(u y
y
)
dxdydz
（输出-
输入）z
( u z
微分质量 衡算方程
二、连续性方程的分析
1. 以随体导数表示的连续性方程
展开得
( ux
x
u y y
u z z
) ux
x
uy
y
uz
z
0
D ( ux uy uz ) 0 以随体导数表示
D x y z
的连续性方程
D
( u )
0
D
二、连续性方程的分析
由 1 v 1
v
比容
Dv v D 0 D D
稳态流动的 连续性方程
(u) 0
二、连续性方程的分析
3. 不可压缩流体的连续性方程
(ux ) (u y ) (uz ) 0
x
y
z
0(不可压缩流体)
ux u y uz 0 x y z
u 0
不可压缩流体 的连续性方程
三、柱坐标与球坐标的连续性方程
1. 柱坐标的连续性方程 柱坐标系的坐标分量
一、微分衡算方程与微分衡算方法
（1） 欧拉（Euler）方法
在流体运动的空间中选一位置固定、体积固定
的流体微元，对此流体微元依据守恒定律作相应的
衡算，以得到相应的微分衡算方程。
流y
位置固定
体
流体 微元
体积固定
微 元
质量随密度变化
dy
dz
dx
x
z
一、微分衡算方程与微分衡算方法
（2） 拉格朗日（Lagrange）方法
一、运动方程的推导
1.以应力表示的运动方程
y
（1）动量守恒定律表达式 采用拉格朗日方法推导
dy u
流体 微元
边长 dx、dy、dz
dx dz
体积 dxdydz
x
质量 dxdydz z 微分动量衡算
由动量守恒定律
F
Ma
M
du
d
一、运动方程的推导
应用于流体微元
作用在流体微元上的合外力
dF
dxdydz
位置随 时 间变化 相对的位率置随 时间变化率
线性形变速率
结论 体积形变速率 = 线性形变速率之和 体积形变速率 = 速度向量的散度
二、连续性方程的分析
2. 稳态流动的连续性方程
(ux ) (u y ) (uz ) 0
x
y
z
0(稳态)
(ux ) (u y ) (uz ) 0
x
y
z
z
)
dxdydz
流体微元质量速率差
(输出)-(输入) ( (ux ) (u y ) (uz ) )dxdydz
x
y
z
一、连续性方程的推导
流体微元内累积的质量速率
M (dxdydz) dxdydz
代入衡算方程得
(ux ) (u y ) (uz ) 0
散度 x
y
z
(u)
0
通用的连 续性方程
dFgZ Zdxdydz
一、运动方程的推导
设 x 轴与重力加速度
y
方向夹角为
X g cos Y g sin
z
X
x
Z 0
Y
g
一、运动方程的推导
y
若 x、z 轴水平
X 0
x
Y g
z
Z 0
g
由此可知，只要坐标方位确定，dFg 即为已知。
练习题目
思考题 1.进行微分衡算有哪两种方法，二者有何区别？ 2.偏导数、全导数和随体导数各有何物理意义？ 3.连续性方程推导的原则是什么? 4.何为体积形变速率和线性形变速率？ 5.轴对称和球心对称各表示何概念？
时间 径向 坐标
方位角 坐标
余纬 度坐 标
直角坐标与球坐标的关系
三、柱坐标与球坐标的连续性方程
球坐标的连续性方程为
1 r2
r
(r 2ur )
1
r sin
(u
sin )
1
r sin
(u )
0
r
球心 0
对称
0
第一章 流体流动
1.6 流体流动的微分方程 1.6.1 概述 1.6.2 连续性方程 1.6.3 运动方程
ux u uy
uz
（x, y, z）
y
dy
dz
dx
x z
微分质量衡算
一、连续性方程的推导
点（x, y, z）处的质量通量
ux
u u s
)
kg m2 s
根据质量守恒定律
(输入质量流率)=(输出质量流率)+(累积质量速率)
(输出)-(输入)+(累积)= 0
一、连续性方程的推导
作业题: 20、21
方法1：观察者手持测温表，站在空间某固定位置
处，记录不同时刻大气的温度。 方法2：观察者手持测温表，以任意速度 v 在空间
移动，记录不同时刻大气的温度。
方法3：观察者手持测温表，乘坐热气球随大气以 速度 u运动，记录不同时刻大气的温度。
二、物理量的时间导数
2. 时间导数的表示方法
（1）偏导数 t
微分 衡算 方程
微 对分流体动进量行衡算微分方动程√量衡算
传热微分方程 对流体进行微分能量衡算
运动 方程
能量 方程
传质微分方程
对流扩 散方程
对多组分流体进行微分质量衡算
一、微分衡算方程与微分衡算方法
2. 微分衡算方法
选择衡 算范围
依据守 恒定律
进行微 分衡算
流体 微元
微分衡 算方程
选择流 体微元
欧拉方法 拉格朗日方法
dt t t dx t dy t dz
d x d y d z d
二、物理量的时间导数
式中
vx
dx
d
vy
dy
d
观察者的速度 v
vz
dz
d
ux 流体的速度 u u y
uz
二、物理量的时间导数
（3）随体导数
Dt
D
方法3
随体导数表示观察者与流体运动速度相等，此
时测得的温度随时间的变化率。
u v
1 Dv 1 D 0 v D D 1 Dv ( ux u y uz ) 0