化工传递过程基础(第三版)汇总
化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分4
·105·第九章 质量传递概论与传质微分方程9-1 在一密闭容器内装有等摩尔分数的O 2、N 2和CO 2，试求各组分的质量分数。
若为等质量分数，求各组分的摩尔分数。
解：当摩尔分数相等时，O 2，N 2和CO 2的物质的量相等，均用c 表示，则O 2的质量为32 c ，N 2的质量为28 c ，CO 2的质量为44 c ，由此可得O 2，N 2和CO 2的质量分数分别为1320.308322844a cc c c==++ 2280.269322844a cc c c==++ 3440.423322844a cc c c==++ 当质量分数相等时，O 2，N 2和CO 2的质量相等，均用m 表示，则O 2的物质的量为m /32，N 2的物质的量为m /28，CO 2的物质的量为m /44，由此可得O 2，N 2和CO 2的摩尔分数分别为1/320.3484/32/28/44x m m m m ==++2/280.3982/32/28/44x m m m m ==++ 3/440.2534/32/28/44x m m m m ==++ 9-2 含乙醇（组分A ）12％（质量分数）的水溶液，其密度为980 kg/m 3，试计算乙醇的摩尔分数及物质的量浓度。
解：乙醇的摩尔分数为A AA 1/0.12/460.05070.12/460.88/18(/)i i Ni a M x a M ====+∑溶液的平均摩尔质量为0.0507460.94931819.42M =×+×= kg/kmol乙醇的物质的量浓度为A A A 9800.0507 2.55819.42c C x x Mρ===×=kmol/m 39-3 试证明由组分A 和B 组成的双组分混合物系统，下列关系式成立：（1）A B AA 2A AB B d d ()M M x a x M x M =+；（2）A A 2A B A B A B d d a x aa M M M M = +。
化工基础知识点(带答案)
化学工程基础—李德华编著（第三版）知识点汇总第一章 化学工业与化学工程掌握：1. 化工基础的主要研究内容是（三传一反）。
可以为一个空或四个空。
2. 化工生产过程可认为是由（化学反应过程）和（单元操作）所组成。
第7页。
3. 化工数据：我国法定计量单位是以（国际单位制）为基础的。
所有物理量都可以由（7）个基本单位导出。
会简单的换算。
了解：1. 化学与化工的区别和联系； 联系：化工以化学学科研究的成果为基础，化学通过化工来实现其研究价值。
区别：规模：“三传”（传动、传热、传质）对反应的影响；实现原料预处理和产物的后处理涉及了“单元操作”；经济性；安全性；环保；等等工程问题。
2. 化工过程开发的主要研究方法有哪些？ 逐级经验放大法；数学模型放大法第二章 流体流动过程第一节 概述 知识点： 1. 流体是什么？流体是气体与液体的总称。
2. 流体具有哪些性质？ 具有压缩性；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第二节 流体静力学基本方程式 知识点： 1. 概念：密度，比体积，重点是压力垂直作用在单位面积上的力称为压强，习惯上称之为压力，用符号p 表示。
2. 压力中需掌握单位换算，以及绝对压力、真空度、表压、当地大气压之间的关系。
atm 1（标准大气压）O mH mmHg Pa 2533.1076010013.1==⨯=3.流体静力学方程式及适用条件，19页2-9。
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；4.静力学方程在U形管上的压力测量。
重点是会选取等压面，等压面选取的条件是（静止的，连通的，同一种流体的同一水平面）。
第三节流体流动的基本方程式1.体积流量，质量流量，体积平均流速及它们之前的关系，并会简单的单位换算。
掌握公式22页的2-15,2-16。
2.定态流动时的连续性方程，即为质量流量为常数。
23页的2-20。
3.背过实际流体的伯努利方程，并理解每一项的物理意义。
化工传递过程基础(第三版)第十章
被测液体A注入管底部， 气体B吹过管口。液体 A 汽化 并通过气层B进行扩散。
z z0
NA
z1 ( 0 ) z1 ( 1 )
液体 A
四、气体扩散系数
A扩散到管口处，立即被大 量气体B带走，故 pA2≈0 气体 B
液面处组分A的分压pA1 为在测定条件下组分A的饱 和蒸气压。
z z0
N
A
相界面－－－－－－－－－－－ 液相
NB
易挥发组分
二、等分子反方向稳态扩散
2. 扩散的数学模型 由
N A DAB
dcA xA ( N A N B ) dz
对于等分子反方向扩散
NA=－NB
N A D AB dc A dz
二、等分子反方向稳态扩散
N A D AB
数学模型
CDAB C cA1 N B 2 ln z C cA2
三、伴有化学反应的气体稳态扩散
2.反应控制过程 如果在催化剂表面上，化学反应进行的极为缓 慢，化学反应速率＞＞扩散速率，此过程的速率由 化学反应速率来确定，组分A的传质通量为
N A k1cA2
式中 k1— 一级化学反应速度常数；
四、气体扩散系数
2.气体扩散系数的计算公式 （1）双组分气体混合物中扩散系数的理论公式
bT 3/ 2 ( DAB 1 1 1/ 2 ) MA MB PSav
T—热力学温度，K； P—总压力，atm； MA、MB—组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Sav—物质 A、B的分子平均截面积，m2； b—常数，由实验确定。
v A、vB —组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol， 查有关手册。
四、气体扩散系数
赫虚范特-克蒂斯-伯德(Hirschfelder-Curtiss-Bird)公式
化工传递过程基础3
在球坐标系中固体热传导方程式为：
1 t 1 2 t 2 (r ) r r r
1 t 1 t q 2 (sin ) 2 2 2 r sin r sin k
2
第八章
热传导
热传导是指介质不发生宏观运动时，依靠分子运动而传递热量的过程，严 格讲固体中内部的传热才是纯粹的热传导。本章讨论固体内部的导热问题， 推导温度与时间、位置的函数关系及其导热速率、影响因素。
3、球体的一维稳态热传导
采用球坐标系，方程式简化为：
d 2 dt (r )0 dr dr
其边界条件为：r=r1，t=t1 ；r=r2，t=t2 代入边界条件得： r r (t t ) 积分： t = －C1/r + C2
r2 (t1 t2 ) C2 t1 r2 r1 r2 r1 所以温度分布方程式： r1r2 (t1 t2 ) 1 r2 (t1 t2 ) t t1 r2 r1 r r2 r1 C1
a11t1 a12t 2 a1n t n c1 a21t1 a22t 2 a2 n t n c2 an1t1 an 2t 2 ann t n cn
称为Laplace方程式；
t t t q 2 2 2 x y z k
2 2 2
即： 2 t
称为Possion方程式；
在柱坐标系中固体热传导方程式为：
1 t 1 t 1 t t q (r ) 2 2 2 r r r r z k
2、固体中的热传导 固体内部不存在宏观流动， u x u y u z 0 ; 而且：
D ; 0 D
DU U t (c p t ) c p D
陈敏恒《化工原理》(第3版)课后习题(含考研真题)(热、质同时传递的过程 课后习题详解)
13.2 课后习题详解（一）习题过程的方向和极限13-1 温度为30℃、水汽分压为2kPa的湿空气吹过如表13-1所示三种状态的水的表面时，试用箭头表示传热和传质的方向。
表13-1解：已知：t＝30℃，P＝2kPa，与三种状态水接触。
求：传热、传质方向（用箭头表示）查水的饱和蒸汽压以Δt为传热条件，为传质条件，得：表13-213-2 在常压下一无限高的填料塔中，空气与水逆流接触。
入塔空气的温度为25℃、湿球温度为20℃。
水的入塔温度为40℃。
试求：气、液相下列情况时被加工的极限。
（1）大量空气，少量水在塔底被加工的极限温度；（2）大量水，少量空气在塔顶被加工的极限温度和湿度。
解：已知：P＝101.3kPa，，逆流接触。
求：（1）大量空气，少量水，（2）大量水，少量空气，（1）大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度（2）大量水处理少量空气的极限温度为水的温度且湿度为查40℃下，过程的计算13-3 总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t＝30℃，湿球温度为t w＝24℃。
求湿氢气的湿度H（kg水/kg干氢气）。
已知氢-水系统的α/k H≈17.4kJ/（kg·℃）。
解：已知：P＝320kPa，t＝30℃，氢水-水系统，求：H（kg水/kg干氢气）查得24℃下，13-4 常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后，被冷却成10℃的饱和空气，试求：（1）每千克干气中的水分减少了多少？（2）若将离开淋水室的气体再加热至30℃，此时空气的湿球温度是多少？图13-1解：已知：P＝101.3 kPa，求：（1）析出的水分W（kg水/kg干气）（1）查水的饱和蒸汽压（2）设查得与所设基本相符，13-5 在t1＝60℃，H1＝0.02kg/kg的常压空气中喷水增湿，每千克的干空气的喷水量为0.006kg，这些水在气流中全部汽化。
若不计喷入的水本身所具有的热焓，求增湿后的气体状态（温度t2和湿度H2）。
化工传递过程基础第三
计算：在流动截面上任取一微分面积dA，其点流速为ux，则通过该微元面积 的体积流率dVs？通过整个流动截面积A的体积流率Vs？
求解： 1.体积流率定义式: dVs uxdA
？？
2.体积流率积分: 3.质量流率（w）:
Vs uxdA
A
w Vs
主体平均流速（ub）: 截面上各点流速的平均值
单位：SI单位和物理单位
SI单位制：
u /
y
N / m2 m/s
N s m2
Pa s
m
物理单位制：
u / y
dyn / cm2 cm / s
dyn s cm2
g cm s
P(泊)
cm
特性：是温度、压力的函数； f T , P
ux
y
kgm/ s m3 m
重要
（动量通量）= —（动量扩散系数）x （动量浓度梯度）
（二）热量通量
q k d cpt d cpt
A cp dy
dy
※ q/A：热量通量
q A
J m2
s
p Y
y
z方向微分平衡方程：
p Z
z
自己推？
※ 静止流体平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）
fB
p
重要
单位体积流体的质量力 静压力梯度
（五）流体静压力学方程
欧拉平衡微分方程
p X p Y
x
y
p Z
z
质量力：X = 0，Y = 0，Z = - g
化工传递过程基础
化工传递过程基础概述化工传递过程是指在化工工艺过程中，物质的质量、能量、动量等通过传递方式从一个系统传递到另一个系统的过程。
化工传递过程是化工工艺的基础，对于化工工艺的设计、优化和控制都起着重要的作用。
在化工过程中，常见的传递过程包括质量传递、能量传递和动量传递。
质量传递是指物质在化工过程中的传递过程，常用的传递方式包括传递过程基础（如扩散、对流和反应等）及相关的传递机制（如浓度差、温度差、压力差等）。
能量传递是指热能在化工过程中的传递过程，常用的传递方式包括传导、对流和辐射。
动量传递是指动量在化工过程中的传递过程，常用的传递方式包括流动、压力和阻力。
质量传递扩散扩散是质量在化工过程中传递的一种基本方式。
在扩散过程中，物质会沿着浓度梯度从高浓度区域向低浓度区域传递。
扩散过程的速度与浓度差、扩散系数和传递距离等因素有关。
常见的扩散方程有弥散方程和菲克定律。
对流对流是质量传递中常用的一种方式，通过流体的运动将物质从一个地方传递到另一个地方。
对流传递可以分为自然对流和强制对流两种方式。
在自然对流中，传递过程由于密度差产生的浮力驱动；而在强制对流中，传递过程由外部施加的力（如搅拌、泵送等）驱动。
反应是化工过程中重要的一种质量传递方式。
在化学反应中，物质通过反应转化成另一种物质，并伴随着质量的传递过程。
反应速率常常与反应的浓度、温度和反应物之间的反应机理等因素有关。
能量传递传导传导是能量传递中的一种方式，是指通过物质的直接接触将热能从一个地方传递到另一个地方。
传导过程的速度与热传导系数、温度差和传递距离等因素有关。
常见的传导方程有傅里叶定律和斯廷定律。
对流对流也是能量传递中常用的一种方式，通过流体的运动将热能从一个地方传递到另一个地方。
对流传递可以分为自然对流和强制对流两种方式，原理与质量传递中的对流类似。
辐射是能量传递中的一种方式，是指通过电磁辐射将能量从一个地方传递到另一个地方。
辐射能量的传递与物体的温度、表面特性和辐射波长等因素有关。
化工传递过程基础总结
化工传递过程基础总结化工传递过程是化学工程学科的基础，它是研究化学物质在不同状态下的传递现象的学科。
化工传递过程包括物质的传质、热传、动量传递等。
在化学工程中，化工传递过程是实现化学反应和物料加工的关键环节。
本文将介绍化工传递过程的基础知识，包括传质、热传和动量传递。
一、传质传质是指物质在不同相之间的传递现象，包括气体、液体、固体之间的传递。
传质过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
传质的速率取决于传质物质的性质、传质界面的性质、传质系统的温度、压力、浓度等因素。
1. 传质的基本概念传质过程可以分为扩散、对流和传递过程的组合。
扩散是指物质通过分子扩散的方式在不同相之间传递，其速率与浓度梯度成正比。
对流是指物质在流体中的传递，其速率与流体速度成正比。
传递过程是扩散和对流的组合，其速率取决于扩散和对流的贡献。
2. 传质的速率传质速率可以用传质通量来表示，传质通量是单位时间内通过传质界面的物质量。
传质通量可以用菲克定律来计算，菲克定律是指在扩散过程中，单位时间内通过单位面积传递物质的量与浓度梯度成正比，与传质物质的性质和传质界面的性质有关。
传质速率还可以用对流传质公式来计算，对流传质公式是指在对流过程中，传质通量与速度梯度成正比，与流体的性质和传质界面的性质有关。
3. 传质的机理传质的机理包括分子扩散、对流传递和物理吸附等。
分子扩散是指物质通过分子间的碰撞在不同相之间传递。
对流传递是指物质在流体中的传递，其速率受到流体的速度、流动方式、物质的性质等因素的影响。
物理吸附是指物质在传质界面上的吸附现象，吸附物质的性质、传质界面的性质等因素会影响吸附的速率。
二、热传热传是指热量在不同相之间的传递现象，包括传导、对流和辐射三种方式。
热传过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
热传的速率取决于热传物质的性质、热传界面的性质、热传系统的温度、压力等因素。
1. 热传的基本概念热传过程可以分为传导、对流和辐射三种方式。
化工基础知识点(带答案)
化学工程基础—李德华编著（第三版）知识点汇总第一章 化学工业与化学工程掌握：1. 化工基础的主要研究内容是（三传一反）。
可以为一个空或四个空。
2. 化工生产过程可认为是由（化学反应过程）和（单元操作）所组成。
第7页。
3. 化工数据：我国法定计量单位是以（国际单位制）为基础的。
所有物理量都可以由（7）个基本单位导出。
会简单的换算。
了解：1. 化学与化工的区别和联系； 联系：化工以化学学科研究的成果为基础，化学通过化工来实现其研究价值。
区别：规模：“三传”（传动、传热、传质）对反应的影响；实现原料预处理和产物的后处理涉及了“单元操作”；经济性；安全性；环保；等等工程问题。
2. 化工过程开发的主要研究方法有哪些？ 逐级经验放大法；数学模型放大法第二章 流体流动过程第一节 概述 知识点： 1. 流体是什么？流体是气体与液体的总称。
2. 流体具有哪些性质？ 具有压缩性；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第二节 流体静力学基本方程式 知识点： 1. 概念：密度，比体积，重点是压力垂直作用在单位面积上的力称为压强，习惯上称之为压力，用符号p 表示。
2. 压力中需掌握单位换算，以及绝对压力、真空度、表压、当地大气压之间的关系。
atm 1（标准大气压）O mH mmHg Pa 2533.1076010013.1==⨯=3.流体静力学方程式及适用条件，19页2-9。
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；4.静力学方程在U形管上的压力测量。
重点是会选取等压面，等压面选取的条件是（静止的，连通的，同一种流体的同一水平面）。
第三节流体流动的基本方程式1.体积流量，质量流量，体积平均流速及它们之前的关系，并会简单的单位换算。
掌握公式22页的2-15,2-16。
2.定态流动时的连续性方程，即为质量流量为常数。
23页的2-20。
3.背过实际流体的伯努利方程，并理解每一项的物理意义。
化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分3
∂t =0 ∂θ ∂t ∂2t ∂t ∂2t ② 一维导热， = 0 ， = 0 ， 2 = 0 ， 2 = 0 ∂y ∂z ∂y ∂z
① 稳态导热，
于是式（7-1）变为
d 2t q + =0 2 k dx
（1）
（2）边界条件为
r = R ， t = t0 r = ∞ ， t = t∞
（3）式（1）积分两次，可得
t=−
C1 + C2 r
（2）
代入边界条件，可得温度分布表达式为 t − t∞ R = t 0 − t∞ r （4）根据傅里叶定律，可知
q / A = −k dt dr =k
r=R
（3）
t 0 − t∞ R
（1）
取中心面为 x = 0 ，则边界条件为 ① x = 0.2 ， t1 = 70 ；② x = −0.2 ， t1 = 70 式（1）积分两次，可得
2 1q x + C1 x + C2 2k 、k 数据分别代入式（2） 将边界条件①、②及已知 q ，可得 t=−
C1 = 0 ， C2 = 133.66
7-3
在一无内热源的固体热圆筒壁中进行径向稳态导热。当 r1 = 1m 时， t1 = 200 ℃，
r2 = 2m 时， t2 = 100 ℃，其热导率为温度的线性函数，即
式中 k0 为基准温度下的热导率，其值为 k0 = 0.138 W/(m � K) ， β 为温度系数，其值为
k = k0 (1 + β t )
（2）
于是此情况下的温度分布方程为
化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分2
∂p ∂x
∂p ∂y
∂ u ∂u y ∂u ∂ u y ∇ p = − ρ u x x + u y x i + u x + uy j ∂y ∂x ∂y ∂x = [(3 − 5 x)(−5)i + (2 − 5 y)(−5) j ] = 5ρ[(3 − 5 x)i + (2 − 5 y ) j ]
ν 4-4 常压下温度为 30℃的空气以 10m/s 的流速流过一光滑平板表面，设临界雷诺数 Rexc = 3.2 × 105 ，试判断距离平板前缘 0.4m 及 0.8m 两处的边界层是层流边界层还是湍流边界
·37·
c=
uy0
层? 求出层流边界层相应点处的边界层厚度。 解：由物性数据表查得，30℃的物性 ρ = 1.165 kg/m3 ， µ = 1.86 × 10−5 Pa ⋅ s x u ρ 0.4 × 10 × 1.165 5 = 2.505 × 10 < Rexc x1 ＝0.4m 处， Rex1 = 1 0 = µ 1.86 × 10 −5 为层流边界层
所以
点（–2,5）的压力梯度为 ∇p(−2, 5) = ρ (65i + 115 j )
3-25 某平面流可用流函数表示为：ψ = x + x 2 − y 2 。 试求： （1）与此相对应的速度势函数 ϕ ； （2）忽略质量力，求点（–2,4）和点（3,5）之间的压力差。 解： （1）速度势函数 ϕ
xc 的范围为：0.04～0.60m。
4-2 流体在圆管中流动时， “流动已经充分发展”的含义是什么？在什么条件下会发生充 分发展的层流，又在什么条件下会发生充分发展的湍流？ 答：当流体以均匀一致的流速在圆管中流动时，在管内壁周围形成边界层，且逐渐加厚， 在离进口某一距离（Le）处，四周的边界层在管中心汇合，此后便占有管的全部截面，而边 界层的厚度也维持不变，这时的流动称为充分发展了的流动。若边界层汇合时，流体的流动 为层流，则管内的流动为充分发展了的层流；若边界层汇合时的流体已是湍流，则管内流动 为充分发展了的湍流。 在 Red < 2000 ，L＞Le 的光滑管条件下，会发生充分发展了的层流；当 Red > 10000 ，L > Le 光滑管条件下会发生充分发展了的湍流。 4-3 已知二维平面层流流动的速度分布为 u x = u0 (1 − ecy ) ， u y = u y 0 (u y 0 < 0) ，式中 c 为 常数。试证明该速度分布是普朗特边界层方程式（4-13）的正确解，并以流动参数表示 c。 解： 由 u x = u0 (1 − ecy ) ， u y = u y 0 (u y 0 < 0) 可知
化工传递过程基础(第三版)
二、本课程的学习内容？
物理过程的速率和传递机理的探讨
• 动量传递
• 热量传递
• 质量传递
推动力：速度差 推动力：温度差 推动力：浓度差
第一章 传递过程概论
第一节 流体流动导论
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性 （一）流体的密度（ρ）
均质流体：
※ 非均质流体： f x, y, z
※ 动量通量
r d(ux )
dy
※ 热量通量
q e A
H d
c pt
dy
※ 质量通量
j
e A
M
d A
dy
动量、热量和质量传递的通量表达式
仅有分子运动 以涡流运动为主的 兼有分子运动和涡流运
的传递过程
传递过程
动的传递过程
动量通量
d(ux )
（一）流速与流率
流速：流体流动的速度，表示为 u
u f (x, y, z, )
流速不均匀分布情况下，点流速（在dθ时间内流体流过距离ds）
dx
dy
ux d uy d
dz
uz d
流率：单位时间内流体通过流动截面的量
[m/s]
※ 以流体的体积计量称为体积流率（流量，Vs）m3/s ※ 以质量计量称为质量流率（w），kg/s
※ 牛顿粘性定律
dux
dy
2. 分子间热量传递 —— 热传导
※ 傅立叶定律
q k dt
A
dy
高温
低温
3. 分子间质量传递 ——分子扩散
※ 费克定律
jA
DAB
d A
化工传递过程(第三版)第一节
一、守恒定律与衡算方法
（3）分子水平上描述
根据分子结构、分子间的相互作用，作分子水平 上的考察，对于动量、热量与质量传递的理解是有 帮助的。如各种传递系数（黏度、扩散性、导热性 等）可以应用流体的分子运动理论求解。
一、守恒定律与衡算方法
总衡算的方法在其他课程已学过。本课程主要 讨论微分衡算的方法，通过建立描述各种过程的 数学模型，研究动量、热量与质量传递的速率。
第一章 传递过程概论
传递现象普遍存在于自然界和工程领域， 三种传递过程有许多共同规律。
本章介绍与课程有关的基本概念。
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类
一、平衡过程与速率过程 二、扩散传递与对流传递
一、平衡过程与速率过程
大量的物理、化学现象中，同时存在着正反两个 方向的变化，如：
固体的溶解和析出，升华与凝华、可逆化学反应
总衡算的方法在化工设计计算中常用—物料衡 算与热量衡算等。
一、守恒定律与衡算方法
（2）微观水平上描述
微观衡算（微分衡算）—在研究对象内部选择 一个有代表性的微分点，将守恒定律应用于该点。 通过衡算，得出一组描述动量、热量与质量变化的 微分方程，成为变化方程（Equation of change）。 然后通过积分，获得系统内部的速度、温度及浓度 的变化规律。这些变化规律对于传递速率的求解必 不可少。
质点(质量固定）
三、拉格朗日观点和欧拉观点
原则上讲，两种方法所得结果一致，都可采用。
四、几个常用算子
所谓算子是一种数学符号缩写的算符。本课程中 常用的算子有： （1）哈密尔顿算子▽；
（2）拉普拉斯算子Δ；
（3）随体导数算子
四、几个常用算子 1、▽算子 （Hamilton Operators)
化工传递过程基础(第三版)
第二节 动量、热量与质量传递的类似性
1. 分子间动量传递
※ 牛顿粘性定律
dux
dy
2. 分子间热量传递 —— 热传导
※ 傅立叶定律
q k dt
A
dy
高温
低温
3. 分子间质量传递 ——分子扩散
※ 费克定律
jA
DAB
d A
dy
一、分子传递的基本定律
图0-1 McCabe-Thiele图
二、本课程的学习内容？
✓ 物理过程的速率和传递机理的探讨
• 动量传递
• 热量传递
• 质量传递
推动力：速度差 推动力：温度差 推动力：浓度差
第一章 传递过程概论
第一节 流体流动导论
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性 （一）流体的密度（ρ）
均质流体：
※ 非均质流体： f x, y, z
dx
ux d
dy
uy d
dz
uz d
流率：单位时间内流体通过流动截面的量
[m/s]
※ 以流体的体积计量称为体积流率（流量，Vs）m3/s ※ 以质量计量称为质量流率（w），kg/s
计算：在流动截面上任取一微分面积dA，其点流速为ux，则通过该微元面积 的体积流率dVs？通过整个流动截面积A的体积流率Vs？
p0
0
流体静力学方程
p p0 gh
h p p0
g
※对于一定密度的液体，压力差与深度h成正比，故 液柱高度h可用来表示压力差的大小（mmHg,mH2O)
二、流体流动的基本概念
（一）流速与流率
流速：流体流动的速度，表示为 u u f (x, y, z, )
化工传递知识点总结
化工传递知识点总结一、化工行业概述化工行业是指以天然资源（如石油、天然气、煤炭、矿石等）为原料，通过化学、物理或生物方法制造化工产品的行业。
化工行业涉及的产品种类繁多，包括塑料、橡胶、化肥、涂料、化工新材料、医药制剂、精细化工品等。
化工产品广泛应用于日常生活、工农业生产、工业制造等各个领域，是国民经济的重要组成部分。
二、化工基础知识1.化学反应原理化学反应是指物质之间因化学变化而发生的过程。
在化学反应中，原有的物质被转化为新的物质，这一过程伴随着能量的释放或吸收。
化学反应的原理包括能量守恒、质量守恒、原子不灭定律和化学键的断裂和形成等。
通过化学反应，原料可以得到转化为所需的化工产品。
2.化工原料化工原料是指用于生产化工产品的原始物质。
化工原料的种类繁多，主要包括有机物和无机物两大类。
有机物如石油、天然气、煤炭等是化工产品的主要原料，而无机物如矿石、氨、氯也是化工生产中不可或缺的重要原料。
3.化工流程化工流程是指将化工原料转化为化工产品的一系列连续操作。
化工流程包括了反应器的设计、操作实施、分离技术、产品纯化等多个环节。
化工流程的设计与优化对于化工生产的效率和产品质量至关重要。
4.化工设备化工设备是指用于进行化工生产的处理设备。
化工设备的种类非常多样，包括反应器、干燥设备、分离设备、输送设备、加热设备、冷却设备等。
化工设备的选型、设计与使用将直接影响生产效率和产品质量。
5.化工产品化工产品是指在化工生产中获得的各类化学品。
化工产品种类繁多，包括了基础化工产品、精细化工品、医药制剂、化肥、橡胶、塑料等。
化工产品广泛应用于民生和工业生产的各个领域。
三、化工生产过程1.化工产品的生产过程通常分为原料准备、反应、分离与纯化、制品精加工、产品留存等环节。
2.原料准备：包括储存、输送、配料等工序，以确保原料供给和生产连续进行。
3.反应过程：是将原料经过化学变化转化为产品的阶段，反应过程的控制与优化是化工生产的核心。
传递过程基础总结
cp k
Pr 同时存在动量、热量传递 。
DAB
DAB
k c p DAB
Sc 同时存在动量、质量传递 。 Le 同时存在热量、质量传递 。
DAB
若三个数均等于 1，则表示同时进行的两种传递过程可以类比。 3、传递过程、分子传递和涡流传递概念。 传递过程——质量、能量、动量等具有强度性质的物理量可由高强度向低强
化工传递过程基础总结
化研 1205 班
宁鹏
4、势函数的定义式、势函数存在的判据。 ①定义：对于不可压缩流体的平面二维流动，若存在速度势 ( x, y ) ，且满足
u x u y x y
，则 ( x, y ) 称为势函数。
②存在的判据：理想流体做无旋运动，或有势运动时，势函数存在判断旋度 u u x y 。 为 0 的方法：二维 y x
因为 y 0时，u x umax ，所以 umax
y 2 从而得出： u x umax 1 y 0
1 p 2 y0 2 x
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化工传递过程基础总结
化研 1205 班
宁鹏
若在 x 方向取单位宽度的流通截面 A 2 y0 1 ，则通过该界面的体积流率 Vs 为： Vs u x dy 2 u x dy
1、什么是欧拉研究方法？ 在流场内某一固定位置， 找一固定体积的流体微元，但该微元的质量可随时 间改变， 观察者分析该流体微元的流动状态，并由此获得整个流场流体运动的规 律。 特点：流体微元的位置和体积不随时间变化，而质量随时间变化。 2、什么是拉格朗日研究方法？ 在流场内选择一固定质量的流体微元，观察者追随流体微元一起运动，并研 究其运动规律，据此获得整个流场内流体的运动规律。 特点：流体微元的质量不随时间变化，而而位置和体积随时间改变。 3、随体导数、全导数、偏导数的定义式和物理意义。 以流体密度ρ为例： 定义式： 偏导数： 全导数：
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-热、质同时传递的过程
第13章热、质同时传递的过程13.1 复习笔记一、概述1．热、质同传的分类生产实践中的某些过程，热、质传递同时进行，热、质传递的速率互相影响。
此种过程大体上分两类。
（1）以传热为目的，伴有传质的过程：如热气体的直接水冷，热水的直接空气冷却等。
（2）以传质为目的，伴有传热的过程：如空气调节中的增湿和减湿等。
2．热气体的直接水冷为快速冷却反应后的高温气体，可令热气体自塔底进入，冷水由塔顶淋下，气液呈逆流接触。
在塔内既发生气相向液相的热量传递，也发生水的汽化或冷凝，即传质过程。
（1）塔下部气温高于液温，气体传热给液体。
同时，气相中的水汽分压p水汽低于液相的水汽平衡分压（水的饱和蒸气压P s），此时p水汽＜p s，水由液相向气相蒸发。
在该区域内，热、质传递的方向相反，液相自气相获得的显热又以潜热的形式随汽化的水分返回气相。
因此，塔下部过程的特点是：热、质反向传递，液相温度变化和缓；气相温度变化急剧，水汽分压自下而上急剧上升，但气体的热焓变化较小。
（2）塔上部气温仍高于液温，传热方向仍然是从气相到液相，但气相中的水汽分压与水的平衡分压的相对大小发生了变化。
由于水温较低，相应的水的饱和蒸气压P s也低，气相水汽分压p转而高于液相平衡分压p e，水汽将由气相转向液相，即发生水汽的冷凝。
在该区域内，水汽液相既获得来自气相的显热，又获得水汽冷凝所释出的潜热。
因此，塔上部过程的特点是：热、质同向进行。
水温急剧变化。
3．热水的直接空气冷却（1）塔上部热水与温度较低的空气接触，水传热给空气。
因水温高于气温，液相的水汽平衡分压必高于气相的水汽分压（p s＞p水汽），水汽化转向气相。
此时，液体既给气体以显热，又给汽化的水以潜热，因而水温自上而下较快地下降。
该区域内热、质同向传递，都是由液相传向气相。
（2）塔下部水与进入的较干燥的空气相遇，发生较剧烈的汽化过程，虽然水温低于气相温度，气相给液相以显热，但对液相来说，由气相传给液相的显热不足以补偿水分汽化所带走的潜热，因而水温在塔下部还是自上而下地逐渐下降。
化工传递过程基础(第三版)
后，形变也就消失； 对于流体，只要有应力作用，它将连续
变形 ( 流动 ) ，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。 液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质
平衡过程和传递过程
2.热量传递过程： • 物体各部分存在温度差，热量由高温区向 低温区传递
平衡过程和传递过程
3. 质量传递：当体系中的物质存在化学势差 异时，则发生由高化学势区向低化学势区 域的传递
• 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或 电场力所引起。常见的是浓度差引起质量 传递过程，即混合物种某个组分由高浓度 向低浓度区扩散
气体的平均分子间距约为 3.3 × 10 － 6 mm ，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为 2.5×10－ 7 mm 。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以 气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面 。
1.1流体的定义和特征
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
流体的上述物理力学特性使流体力学（水 力学）成为宏观力学的一个独特分支。
1.1流体的定义和特征
流体与固体相比有以下区别：
(1)固体既能够抵抗法向力 ——压力和拉力，也能够抵抗 切向力。而流体仅能够抵抗压力，不能够承受拉力，也不能抵 抗拉伸变形。另外，流体即使在微小的切向力作用下，也很容 易变形或流动。 (2)固体的应变与应力的作用时间无关 ，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除
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1.2流体力学（水力学）的主要研究内容
1. 流体在外力作用下，静止与运动的规 律；
关于流体平衡的规律，即流体静力学； 关于流体运动的规律，即流体运动学和流 体动力学；
2. 流体与边界的相互作用。
1.3与流体力学相关的工程领域和学科
空气和水是地球上广泛存在的物质，所以与流体运动关 联的力学问题是很普遍的。流体力学在许多学科和工程领 域有着广泛的应用，其重要性不言而能量转换关 系，探讨平衡过程的规律，能否进行，到 何程度、如何影响
• 热力学平衡条件： 1. 热平衡：体系各部分温度相等 2.力学平衡：边界不发生相对移动 3.相平衡:相间没有物质转移 4. 化学平衡：体系组成不随时间变化
平衡过程和传递过程
1.动量传递过程：在流体中，若两个相邻的 流体层速度不同，则发生由高速层向低速 层的动量传递
平衡过程和传递过程
• 传递过程的速率可以用通式表示如下
第一章 传递过程概论(动量传递)
1.1流体的定义和特征
• 物质存在的形态有三种：固体、液体和气体。 • 我们通常把能够流动的液体和气体统称为流体。 • 从力学角度来说，流体在受到微小的剪切力作用时，
将连续不断地发生变形(即流动)，直到剪切力的作用 消失为止。所以，流体可以这样来定义： • 在任何微小剪切力作用下能够连续变形的物质叫作流 体。 • 流体和固体由于分子结构和分子间的作用力不同，因 此，它们的性质也不同。在相同体积的固体和流体中， 流体所含有的分子数目比固体少得多，分子间距就大 得多，因此，流体分子间的作用力很小，分子运动强 烈，从而决定了流体具有流动性，而且流体也没有固 定的形状。
1.5 流体力学发展简史
• 第一阶段（17世纪中叶以前）：流体力学成为一门独立 学科的基础阶段
• 第二阶段（ 17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个方向 发展——理论、应用
• 第三阶段（20世纪初-20世纪中叶）理论分析与实验相结 合
• 第四阶段（20世纪中叶以来）流体力学飞跃发展
第一阶段（17世纪中叶以前）流体力学成为一门独 立学科的基础阶段
(2)固体的应变与应力的作用时间无关，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除 后，形变也就消失；对于流体，只要有应力作用，它将连续 变形(流动)，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质 量的液体具有一定的体积。液体的形状取决于容器的形状，并 且由于分子间吸引力的作用，液体有力求自己表面积收缩到最 小的特性。所以，当容器的容积大于液体的体积时，液体不能 充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面，通 常称为水平面。
化工传递过程基础
第一章 传递过程概论
本章主要论述流体流动的基本概念， 动量、热量与质量传递的类似性及衡算 方法等内容。
1. 传递过程基本概念
• 1.1 概论 系统状态：非平衡状态(传递物理现量象) 平衡状态
物理量： c, T, v…
传递种类：质量、能量、动量 时空间物理量的差异→ 梯度 →流体流动、
1.1流体的定义和特征
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
流体的上述物理力学特性使流体力学（水 力学）成为宏观力学的一个独特分支。
1.1流体的定义和特征
流体与固体相比有以下区别：
(1)固体既能够抵抗法向力——压力和拉力，也能够抵抗 切向力。而流体仅能够抵抗压力，不能够承受拉力，也不能抵 抗拉伸变形。另外，流体即使在微小的切向力作用下，也很容 易变形或流动。
气体的分子间距比液体大，在标准状态(0℃,101325Pa)下， 气体的平均分子间距约为3.3×10－6mm，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为2.5×10－7 mm。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面。
1.4 与其他课程之间的联系 • 流体力学是继《高等数学》、《大学物理》《理论
力学》之后开设，同时又成为学习许多后续专业课 程计算流体力学和从事专业研究的必备基础。
• 高等数学要求复习掌握：微分（偏导数、导数）、 积分（曲面积分、定积分、曲线积分）、多元函数 的泰勒公式、势函数、微分方程。
• 理论力学要求复习掌握：质量守恒定律、能量守恒 定律、动量定律。
1452-1519年 达.芬奇——物体的沉浮、孔口出流、物体的 运动阻力以及管道、明渠中水流等
• 1586年 斯蒂芬——水静力学原理 • 1650年 帕斯卡——“帕斯卡原理” • 1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律 • 1738年 伯努利——出版《流体动力学》，建立了伯努
利方程
第二阶段（17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个 方向发展——理论流体力学、应用流体力学
• 两个相邻流体层的动量传递
平衡过程和传递过程
2.热量传递过程： • 物体各部分存在温度差，热量由高温区向
低温区传递
平衡过程和传递过程
3. 质量传递：当体系中的物质存在化学势差 异时，则发生由高化学势区向低化学势区 域的传递
• 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或 电场力所引起。常见的是浓度差引起质量 传递过程，即混合物种某个组分由高浓度 向低浓度区扩散
热量传递、质量传递
平衡过程和传递过程
• 传递过程：物理量向平衡转移 • 平衡状态：强度性质的物理量不存在梯度
• 补充： • 体系的宏观可测性质可分为两类：
1. 广度性质，与体系的数量成正比，如体积、质量等，具 有加和性 2. 强度性质：不具有加和性，其数值取决于体系自身特性， 与体系数量无关，如温度、压力、密度等