南京理工大学(化工原理)课件chapt2
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化工原理第02章课件
②管路特性曲线下移，
p
因 g ↓，图解思维
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为
He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量
减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
解：应当满足①安装高度②扬程
①
[Hg ]
p0
g
pV
g
H
f
01
[( NPSH
)r
0.5]
=10.33-0.24-1-3.5=5.59m>Hg=3m ②两槽液面之间列管路方程
H=ΔZ+ΣHf=20+1+6=27m<32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。
2.2.5 离心泵的类型与选用 2.2.5.1 类型 (1)清水泵——单级、多级、双吸 (2)耐腐蚀泵——用耐腐蚀材料 (3)油泵——密封良好 (4)液下泵——转轴特别长 (5)屏蔽泵——无密封、无泄漏 2.2.5.2 选用 (1)根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等
应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性 和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡 的原则加以解决。
2.1.3 流体输送机械分类 按作用原理分：
动力式(叶轮式)：离心式，轴流式； 容积式(正位移式)：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。 按流体可压缩性分： 液体输送机械：统称为泵； 气体输送机械：通风机
Pe=ρgqVHe Pa基本上随流量qV单调上升 泵启动时关出口阀 （3）泵的效率 Pe
Pa
容积损失： 根据需要可选用不同类型的叶轮
化工原理完整教材课件 PPT
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
化工原理(南京理工大学)01流体流动(2)_流体动力学
(1) 以单位质量流体为基准
U qe hf
Σ hf：1kg流体损失的机械能为（J/kg） 假设 流体不可压缩，则 1 2 （9）
1 2 p1 1 2 p2 z1 g u1 We z2 g u2 hf 2 2
式中各项单位为J/kg。
南京理工大学化工学院化学工程系
（12） （13）
——柏努利方程式
南京理工大学化工学院化学工程系
四、柏努利方程的讨论
（1）若流体处于静止，u=0，Σhf=0，We=0，则柏 努利方程变为
z1 g
p1
z2 g
p2
说明柏努利方程即表示流体的运动规律，也表 示流体静止状态的规律 。
南京理工大学化工学院化学工程系
（2）理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、 总压头为常数，即
南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系化工原理上化工原理上第一章流体流动2流体动力学南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系1212流体动力学流体动力学121流体的流量与流速122稳定流动与不稳定流动123稳定流动系统的质量守恒连续性方程124稳定流动系统的能量守恒柏努利方程南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系121121流体的流量与流速流体的流量与流速一流量1
管内径的平方成反比 。
2
（7）
即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与
南京理工大学化工学院化学工程系
例1
如附图所示，管路由一段φ 89×4.5mm的
管 1 、 一 段 φ 108×4mm 的 管 2 和 两 段
φ 57×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水
《化工原理》PPT课件
——核武器试验室走出的散热技 术
—— 一款从核武器试验室走出来的技术
传统散热 器
风扇
散热 底座
热管、热均管
转革 〞命
的 “ 鳍 片 自
桑迪亚散热器
三 大 问 题：
➢死 气 ➢污 垢 热 阻 ➢噪 音
空气中的污染物和灰尘
总传热系数：
当Rd1与Rd2增大时，K1会急剧变小，所 以当污垢层到达一定厚度时，必然使传热效 率出现严重下降.
?化工原理?PPT课件
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Powerful Team
一款革命性的产品
桑桑迪迪亚亚散散热热器器
4800r/min
强大的离心力,将包裹在散热片周围的死气层 撕裂、压缩。最终将死气层厚度控制到当前散热 产品1/10，甚至更薄。
硬盘悬浮磁头臂
气体轴承在两金属之间的“死气〞控制 在多少适宜？
无刷Байду номын сангаас机
Re=duρ/μ
散热叶片
我们知道层流底层的厚度随Re的增大而减小，Re越
大，层流底层越薄，即死气层越薄,从而热阻越小。
谢谢！
死气
死气层
热导率λ 纯金属>液体>气体 空气热导率仅为0.1w/(m℃)
两流体通过间壁传热的过程 风扇强制对流形成湍流，而湍流主 体中，由于流体的剧烈运动，各局 部的动量与热量传递充分，传热阻 力很小，可忽略不计。平流层空气 的热阻约等于总的热阻也即是有效 膜的热阻。
三、噪 音
流量与噪音的矛盾。 风扇产生的气流量和 工作噪音成正比，热 交换的气流量越大， 工作噪音越大，风扇 或者散热系统散热的 机械效率也就越低。
—— 一款从核武器试验室走出来的技术
传统散热 器
风扇
散热 底座
热管、热均管
转革 〞命
的 “ 鳍 片 自
桑迪亚散热器
三 大 问 题：
➢死 气 ➢污 垢 热 阻 ➢噪 音
空气中的污染物和灰尘
总传热系数：
当Rd1与Rd2增大时，K1会急剧变小，所 以当污垢层到达一定厚度时，必然使传热效 率出现严重下降.
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强大的离心力,将包裹在散热片周围的死气层 撕裂、压缩。最终将死气层厚度控制到当前散热 产品1/10，甚至更薄。
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气体轴承在两金属之间的“死气〞控制 在多少适宜？
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Re=duρ/μ
散热叶片
我们知道层流底层的厚度随Re的增大而减小，Re越
大，层流底层越薄，即死气层越薄,从而热阻越小。
谢谢！
死气
死气层
热导率λ 纯金属>液体>气体 空气热导率仅为0.1w/(m℃)
两流体通过间壁传热的过程 风扇强制对流形成湍流，而湍流主 体中，由于流体的剧烈运动，各局 部的动量与热量传递充分，传热阻 力很小，可忽略不计。平流层空气 的热阻约等于总的热阻也即是有效 膜的热阻。
三、噪 音
流量与噪音的矛盾。 风扇产生的气流量和 工作噪音成正比，热 交换的气流量越大， 工作噪音越大，风扇 或者散热系统散热的 机械效率也就越低。
化工原理PPT课件讲义
• 以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。
0.2本课程的性质、任务和内容、研究方法
• 0.2.1性质
• 化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基 础上开设的一门技术基础课程，属工程学科，具有工程 性和实用性。
• 0.2.2任务
• 1掌握化工单元操作过程的基本原理，并能进行过程的选 择和计算(即对指定的产品，选择一个适宜的过程经济而 有效地满足工艺过程要求)。
• 2.连续操作：原料不断地从设备一端送入，产品不断从 另一端送出。
• 连续操作设备内，各个位置上，物料组成、温度、压 强、流速等参数可互不相同，但在任一固定位置上， 这些参数一般不随时间变化，属定态过程，即 参数＝ f(x,y,z)
• 0.4.1 单位0制.4 单位制与单位换算
• 任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时，数字 与单位一并纳入运算。如：
0.6 热量衡算 遵循能量守恒定律
• 同物料衡算一样，绘简图、定基准、划范围、列 算式，
• 1物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成， 称为焓(H，kJ/kg)。焓值为一相对值，且与状态
有关，所以热量衡算时必须规定基准温度和基准 状态，通常基准选273K液态(即此时H＝０)。
• 2热量除了伴随物料进出系统外，还可通过设备
• 2据生产需要，进行设备工艺尺寸的计算及其设备选型计 算。
• 3依据过程的不同要求，进行操作调节和控制。
• 4掌握强化过程途径，以提高过程和设备的能力、效率。
0.3 单元操作进行的方式
• 1.间歇操作：每次操作之初向设备内投入一批物料，经 过一番处理后，排除全部产物，再重新投料。
• 间歇操作设备内，同一位置上，在不同时刻进行着不 同的操作步骤，因而同一位置上，物y,z,θ)
0.2本课程的性质、任务和内容、研究方法
• 0.2.1性质
• 化工原理是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基 础上开设的一门技术基础课程，属工程学科，具有工程 性和实用性。
• 0.2.2任务
• 1掌握化工单元操作过程的基本原理，并能进行过程的选 择和计算(即对指定的产品，选择一个适宜的过程经济而 有效地满足工艺过程要求)。
• 2.连续操作：原料不断地从设备一端送入，产品不断从 另一端送出。
• 连续操作设备内，各个位置上，物料组成、温度、压 强、流速等参数可互不相同，但在任一固定位置上， 这些参数一般不随时间变化，属定态过程，即 参数＝ f(x,y,z)
• 0.4.1 单位0制.4 单位制与单位换算
• 任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时，数字 与单位一并纳入运算。如：
0.6 热量衡算 遵循能量守恒定律
• 同物料衡算一样，绘简图、定基准、划范围、列 算式，
• 1物料所具有的热量由显热与潜热两部分组成， 称为焓(H，kJ/kg)。焓值为一相对值，且与状态
有关，所以热量衡算时必须规定基准温度和基准 状态，通常基准选273K液态(即此时H＝０)。
• 2热量除了伴随物料进出系统外，还可通过设备
• 2据生产需要，进行设备工艺尺寸的计算及其设备选型计 算。
• 3依据过程的不同要求，进行操作调节和控制。
• 4掌握强化过程途径，以提高过程和设备的能力、效率。
0.3 单元操作进行的方式
• 1.间歇操作：每次操作之初向设备内投入一批物料，经 过一番处理后，排除全部产物，再重新投料。
• 间歇操作设备内，同一位置上，在不同时刻进行着不 同的操作步骤，因而同一位置上，物y,z,θ)
南京理工化工原理课件4 --传热
减小任何环节的热阻都可提高传热系数。
当各环节的热阻相差较大时，总热阻的数值将主要
由其中的最大热阻所决定。此时强化传热的关键在
于提高该环节的传热系数。
若α1＞＞α2，欲要提高K值，关键在于提高对流传热
系数较小一侧的α2。若污垢热阻为控制因素，则必
须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。
4-5-4 传热推动力和总传热速率方程
对n层平壁：
t1 tn 1 Q n bi S i 1 i
t 总推动力 R 总热阻
4-3-2
牛顿冷却定律和对流传热系数
dt Q S dx
Q
根据有效膜概念 积分后得
S T TW t
T、TW——分别对热流体和冷壁温度，℃
——对流传热系数，W/（m2· ℃）， t
m为0.8，指数n与热流方向有关：当流体被加热时， n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。 定性温度为流体主体温度在进、出口的算术平均值，
特征尺寸为管内径di。
2．流体在圆形直管中作过渡流 Nu=CRemPrn计算得的α乘以小于1的系数f
6 105 f 1 Re 1.8
3．流体在圆型弯管内作强制湍流 Nu=CRemPrn计算得的α乘以小于1的系数f /
第四章 传 热
第一节 概述
4.1.1 化工生产中的传热
传热：是指由于温度差引起的能量转移，又称 热量传递过程 传热的三种方法：直接混合、蓄热式、间壁换热
4.1.2 传热过程
一、传热速率
热流量Q ：即单位时间内热流体通过整个换热器的 传热 面传递给冷流体的热量，单位是W。 热流密度（或热通量）q ：单位时间内通过单位传 热面积所传递的热量，单位是W/m2
南京理工化工原理课件2-- 流体输送机械
24
分析：1.选泵
Q、He
？伯努利方程
已知
2.安装高度
Hg
u Hs H f 2g
2 1
0 1
25
根据被输送液体的性质和操作条件， 确定泵的类型；
根据具体管路布置情况对泵提出的流 量、压头要求，确定泵的型号
23
例1.热水池中水温为65℃。用离心泵以40m3/s 的流量送至凉水塔顶，再经喷头喷出落入凉水 池中，达到冷却目的。已知水进喷头前需维持 49×103Pa（表压）。喷头入口处较热水池水面 高6m。吸入管路和排出管路的压头损失分别为 1m和3m。管路中动压头可忽略不计。试选用合 适的离心泵。并确定泵的安装高度。当地大气 压强按101.33×103Pa计。
3
2-1-2 离心泵的理论压头
一、离心泵的理论压头 假设：
（1）叶轮内叶片的数目 无限多，叶片的厚度为无 限薄，液体完全沿着叶片 的弯曲表面而流动无任何 倒流现象； （2）液体为粘度等于零 的理想液体，没有流动阻 力。
离心力作功 ： 2 2 R2 F dr R2 Rw dr w 2 2 2 u2 - u12 c R1 g = R1 g = 2g R2 - R1 = 2g
大气压 强校正
饱和蒸汽 压校正
密度 校正
18
(2) 临界汽蚀余量（Δ h ）
——指离心泵入口处，液体的静压头p1/ρ g与动压
头u12/2g之和大于液体在操作温度下的饱和蒸
汽压头pv/ρ g的某一最小指定值。
p0 p1 u Hg H f g g 2g
2 1
0 1
p0 pv Hg h H f g g
l H f 8 / 2 d 4 g Qe2 d
分析：1.选泵
Q、He
？伯努利方程
已知
2.安装高度
Hg
u Hs H f 2g
2 1
0 1
25
根据被输送液体的性质和操作条件， 确定泵的类型；
根据具体管路布置情况对泵提出的流 量、压头要求，确定泵的型号
23
例1.热水池中水温为65℃。用离心泵以40m3/s 的流量送至凉水塔顶，再经喷头喷出落入凉水 池中，达到冷却目的。已知水进喷头前需维持 49×103Pa（表压）。喷头入口处较热水池水面 高6m。吸入管路和排出管路的压头损失分别为 1m和3m。管路中动压头可忽略不计。试选用合 适的离心泵。并确定泵的安装高度。当地大气 压强按101.33×103Pa计。
3
2-1-2 离心泵的理论压头
一、离心泵的理论压头 假设：
（1）叶轮内叶片的数目 无限多，叶片的厚度为无 限薄，液体完全沿着叶片 的弯曲表面而流动无任何 倒流现象； （2）液体为粘度等于零 的理想液体，没有流动阻 力。
离心力作功 ： 2 2 R2 F dr R2 Rw dr w 2 2 2 u2 - u12 c R1 g = R1 g = 2g R2 - R1 = 2g
大气压 强校正
饱和蒸汽 压校正
密度 校正
18
(2) 临界汽蚀余量（Δ h ）
——指离心泵入口处，液体的静压头p1/ρ g与动压
头u12/2g之和大于液体在操作温度下的饱和蒸
汽压头pv/ρ g的某一最小指定值。
p0 p1 u Hg H f g g 2g
2 1
0 1
p0 pv Hg h H f g g
l H f 8 / 2 d 4 g Qe2 d
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二、压力、流速和流量的测量
为了了解和控制生产过程，需要测定管路或设备内的 压力、流速及流量等参数，以便合理地选用和安装测量仪 表。而这些测量仪表的工作原理又多以流体的静止或流动 规律为依据。
第二节 流体静力学
一、流体的压缩性
流体的特征是分子之间的内聚力极小，几乎有无限的 流动性，而且可以几乎毫无阻力地将其形状改变。当流速 低于声速时，气体和液体的流动具有相同的规律。
热力学基本方程式是以液体为例推导出来的，也适用 于气体。因在化工容器中，气体的密度也可认为是常数。 值得注意的是，静力学基本方程式只能用于静止的连通着 的同一种流体内部，因为他们是根据静止的同一种连续的 液柱导出的。
3、静力学基本方程的应用 流体静力学基本方程在化工生产过程中应用广泛，通 常用于测量流体的压力或压差、液体的液位高度等。
2、静力学基本方程的讨论
（1）在静止的液体中，液体任一点的压力与液体密度 和其深度有关。液体密度越大，深度越大，则该点的压力 越大。
（2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面 上各点的压力均相等。此压力相等的截面称为等压面。
第二节 流体静力学
(3) 当液体上方的压力或液体内部任一点的压p1 力 有变化时，液体内部各点的压力p2 也发生同样大小的变 化。
气压强为基准测得的流体 表压=绝对压强－（外界）大气压强
③真空度 当被测流体内的绝对压强小于当地（外界）大气压强 时，使用真空表进行测量时真空表上的读数称为真空度。即
真空度=（外界）大气压强－绝对压强
第二节 流体静力学
在这种条件下，真空度值相当于负的表压值。 图1-1 绝对压强、表压和真空度的关系 因此，由压力表或真空表上得出的读数必须根据当时、 当地的大气压强进行校正，才能得到测点的绝对压。 绝对压强、表压强与真空度之间的关系，可以用图11表示。 为了避免绝对压强、表压与真空度三者关系混淆，在 以后的讨论中规定，对表压和真空度均加以标注，如 2000Pa（表压）、600mmHg（真空度）。如果没有注明， 即为绝压。
为了了解和控制生产过程，需要测定管路或设备内的 压力、流速及流量等参数，以便合理地选用和安装测量仪 表。而这些测量仪表的工作原理又多以流体的静止或流动 规律为依据。
第二节 流体静力学
一、流体的压缩性
流体的特征是分子之间的内聚力极小，几乎有无限的 流动性，而且可以几乎毫无阻力地将其形状改变。当流速 低于声速时，气体和液体的流动具有相同的规律。
热力学基本方程式是以液体为例推导出来的，也适用 于气体。因在化工容器中，气体的密度也可认为是常数。 值得注意的是，静力学基本方程式只能用于静止的连通着 的同一种流体内部，因为他们是根据静止的同一种连续的 液柱导出的。
3、静力学基本方程的应用 流体静力学基本方程在化工生产过程中应用广泛，通 常用于测量流体的压力或压差、液体的液位高度等。
2、静力学基本方程的讨论
（1）在静止的液体中，液体任一点的压力与液体密度 和其深度有关。液体密度越大，深度越大，则该点的压力 越大。
（2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面 上各点的压力均相等。此压力相等的截面称为等压面。
第二节 流体静力学
(3) 当液体上方的压力或液体内部任一点的压p1 力 有变化时，液体内部各点的压力p2 也发生同样大小的变 化。
气压强为基准测得的流体 表压=绝对压强－（外界）大气压强
③真空度 当被测流体内的绝对压强小于当地（外界）大气压强 时，使用真空表进行测量时真空表上的读数称为真空度。即
真空度=（外界）大气压强－绝对压强
第二节 流体静力学
在这种条件下，真空度值相当于负的表压值。 图1-1 绝对压强、表压和真空度的关系 因此，由压力表或真空表上得出的读数必须根据当时、 当地的大气压强进行校正，才能得到测点的绝对压。 绝对压强、表压强与真空度之间的关系，可以用图11表示。 为了避免绝对压强、表压与真空度三者关系混淆，在 以后的讨论中规定，对表压和真空度均加以标注，如 2000Pa（表压）、600mmHg（真空度）。如果没有注明， 即为绝压。