流体流动与输送8
化工基础考试题
第一章流体的流动与输送1、滞流（名词解释）：流体流动时，流体的质点做一层滑过一层的位移，层与层之间没有明显的干扰。
（墨水在水中呈直线）湍流（名词解释）：流体流动时，流体的质点有剧烈的涡动，只有靠近管壁处还保留滞留的形态。
（墨水无固定轨迹，呈絮状）2、影响流体流动类型的因素有哪些？（简答题）（1）管径（2）密度（3）粘度（4）速度雷诺数Re=dvρ/μ当Re<2000时为滞流，当2000<Re<4000时为过渡态，当Re>4000时为湍流3、流体流动过程中产生阻力的内因（根本原因）：实际流体有粘度4、实验室中常用的两种流量计：（1）转子流量计（2）孔板流量计5、流体阻力实验中测量的是球形截止阀的局部阻力6、伯努利方程应用的条件：静止流体、理想流体、实际流体7、文氏管流量计的压头损失比孔板流量计的小8、伯努利实验中，测压管的测压孔开在管壁处测量的为静压强，测压管的测压孔正对水流方向时，测压管内液注的高度是静压头与动压头之和。
9、 e.g.滞流流量不变，管径缩小一倍，阻力增加16倍10、流体阻力与管长成正比，管长扩大一倍，阻力扩大一倍。
11、离心泵产生汽蚀的原因：安装高度过高。
离心泵产生气缚的原因：启动前没灌满水，离心泵有气体。
12、离心泵靠出口阀调节流量，离心泵在启动之前要关闭出口阀，先启动电机后开出口阀，离心泵关闭时先关出口阀后关闭电机。
13、旋涡气泵属于正位移泵，靠旁路调节阀调节流量，阀门全开体系流量最小，阀门全关体系流量最大。
14、连续性方程是根据物料衡算推导出来的，伯努利方程是根据能量衡算推导出来的。
15、绝对压=大气压+表压，真空度=大气压-绝对压会计算AB之间的压差16、定态流动（名词解释）：流体流动的系统中，若任一截面上流体的性质（如密度、粘度等）和流动参数（如流速、压力等）不随时间而改变，此种流动称为定态流动。
17、流体的流动形态如果为滞流，摩擦阻力系数与Re有关；如果为湍流，摩擦阻力系数与Re和相对粗糙度有关。
化工原理思考题答案
化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。
2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素答:单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。
4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态6、层流与湍流的本质区别是什么？答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？答：层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？答：10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较一下各量大小11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？答：孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。
化工原理公式总结
化工原理公式总结 LEKIBM standardization office【IBM5AB- LEKIBMK08-第一章 流体流动与输送机械1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=022. 双液位U 型压差计的指示: )21(21ρρ-=-Rg p p )3. 伯努力方程：ρρ222212112121p u g z p u g z ++=++ 4. 实际流体机械能衡算方程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρρ222212112121+ 5. 雷诺数：λμρ64Re ==du 6. 范宁公式：ρρμλf p dlu u d l Wf ∆==⋅⋅=22322 7. 哈根-泊谡叶方程：232d lup f μ=∆8. 局部阻力计算：流道突然扩大：2211⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ流产突然缩小：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2115.0A A ξ9.混合液体密度的计算：n wnB wB AwA m x x x ρρρρ+++=....1ρ液体混合物中个组分得密度，10.Kg/m 3,x--液体混合物中各组分的质量分数。
10 。
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强11. 体积流量和质量流量的关系：w s =v s ρ m 3/s kg/s整个管横截面上的平均流速：A Vs =μ A--与流动方向垂直管道的横截面积，m 2流量与流速的关系：质量流量：μρ===A v A w G ss G 的单位为：kg/ρμρA v w s s ==12. 一般圆形管道内径：πμsv d 4=13. 管内定态流动的连续性方程：常数=====ρμρμρμA A A s w (222111)表示在定态流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变，而流速u 随管道截面积A 及流体的密度ρ而变化。
对于不可压缩流体的连续性方程：常数=====A A A s v μμμ (2211)体积流量一定时流速与管径的平方成反比：()22121d d =μμ 14.牛顿黏性定律表达式：dy duμτ= μ为液体的黏度=1000cP15平板上边界层的厚度可用下式进行评估：对于滞留边界层 5.0Re 64.4x x=δ湍流边界层 2.0Re 376.0xx=δ式中Re x 为以距平板前缘距离x 作为几何尺寸的雷诺数，即μxp u s x =Re ，u s 为主流区的流 速16 对于滞留流动，稳定段长度x 。
化工基础流体流动
P1
P2
a b
特点：
（1）内装两种密度相近 且不互溶的指示剂；
（2）U型管两臂各装扩
大室（水库）。
R
P1-P2=（a- b）Rg
常用指示液：水（着色水），油，四氯化炭等，它必须满 足：①与被测的液体互不相溶且不发生化学反应 ②它的密 度必须大于被测流体的密度。
例题：用普通U型管压差计测量气体管路上两点压 差，指示液为水，读数R为1.2cm，为扩大读数 改为微差计，一指示液密度为920kg/m3，另一 指示液密度为850kg/m3，读数可放大多少倍？ 解：
力。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。
其它常用单位： atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2 、
换算关系为： 1a流tm体(柱标高准度大（气m压m)=H12.O01，3m×1m0H5 gP等a ）=7。60
mmHg =10.33 mH2O =1.033公斤(力)/厘
2.压强的基准和米表2示形式
ux,uy,yz,p,……＝f(x,y,z) 与t 无关
§1－1 流体静力学
一. 流体的密度
1.流体的密度：单位体积流体所具有的质量。属于物性。
m
V
◇对于液体，压强的变化对密度的影响很小，可以忽略，
称为不可压缩性流体。此时，密度仅随温度而变， f t
故在使用液体的密度时，要注意温度条件。
◇对于气体，密度随T、P改变很大，称为可压缩性流体，此
在管路设计中，适宜的流速的选择十分重要。 若流速选得太大，流体流过管路时的阻力增大，操作费用增 加；若流速选得太小，管径增大，管路的基建费增加。应在操 作费与基建费之间通过经济权衡来确定适宜的流速。一般来说 ，液体的流速取0.5～3.0m/s，气体则为10～30m/s。
化工——第二章_2(流动基本概念)
Re 9 10 5 2000 1 整理得： u 1.14( m s ) d 0.158
燃料油在管中作层流时的临界速度为1.14m· s-1。
2-7 流速分布
层流
如上图所示，流体在圆形直管内作定态层流流动。在圆管内， 以管轴为中心，取半径为r、长度为l的流体柱作为研究对象。
粘性是流体流动时产生的阻碍流体流动的内摩擦力。 粘度是衡量流体粘性大小的物理量。
u F A y
u F A y
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。
F u A y
适用于u与y成直线关系
du dy
式中：
——牛顿粘性定律
du 速度梯度 ： dy
比例系数，它的值随流体的不同而不同，流 ：
P (泊）
cm
SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
1Pa s 1000 cP 10 P
5）运动粘度
v
单位： SI制：m2/s； 物理单位制：cm2/s，用St表示。
1 St 100 cSt 10 4 m 2 / s
思考：
（1）气体在一定直径的圆管中流动，如果qm不变，
第二章 流体流动与输送
闽南师范大学 化学与环境科学系 主讲：张婷
第二节
流体流动
一、流量与流速
二、定态流动与非定态流动 三、流动形态 四、牛顿黏性定律 五、边界层及边界层分离 六、流体在管内的速度分布
§2 流体流动
2-1 流体的流量和流速 • 流量
单位时间内通过导管任一截面的流体量称为流量(或流率)。
d u 流体的流动类型用雷诺数Re判断： Re
Re的量纲：
L M ( L) 3 du T L [Re] [ ] L0 M 0T 0 1 M ( L )(T )
化工原理上册复习题
第一章流体流动与输送一、填空题1.流体的密度是指单位体积流体所具有的质量，其单位为 kg/m3 。
2. 20℃时苯的密度为880kg/m3，甲苯的密度为866kg/m3，则含苯40%（质量）苯、甲苯溶液的密度为3/mkg。
3.流体的粘度是描述流体流动性能的物理量，一般用符号μ表示；流体的粘度越大，流动时阻力损失越大。
4.流体的流动形态有层流和湍流两种，可用雷诺数Re 判断。
5.流体阻力产生的根本原因是流体本身的粘性，而流动型态与管路条件是产生流体阻力的外因。
6转子流量计应垂直安装，流体由下而上流动；读数读转子的最大截面处，一般为转子的顶部。
8.离心泵的构造主要包括叶轮和泵轴组成的旋转部件以及泵壳和轴封组成的固定部件。
9.离心泵开车时，泵空转、吸不上液体、进口处真空度低，此时泵发生了气缚现象，其原因可能是没有灌泵或轴封不严密。
10.离心泵运转时，泵振动大、噪音大、出口处压力低、流量下降，此时泵发生了气蚀现象，其原因可能是安装高度过高或吸入管路阻力太大或者被输送流体温度过高。
11.流体的特征是具有一定的体积；无一定的形状，其形状随容器的形状而改变；在外力作用下内部会发生相对运动。
二、选择题1.有一串联管道，分别由管径为d1与d2的两管段串接而成。
d1＜d2。
其流体稳定流过该管道。
今确知d1管段内流体呈层流。
请断定流体在d2管段内的流型为( c )。
A.湍流B.过渡流C.层流D.须计算确定。
2.有两种关于粘性的说法：( a )。
(1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。
(2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。
A.这两种说法都对B.第一种说法对，第二种说法不对C.这两种说法都不对D.第二种说法对，第一种说法不对3.水以2 m·s-1的流速在?35 mm×2.5 mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000 kg·m-3，其流动类型为( b )。
（完整版）化工原理思考题答案
（完整版）化⼯原理思考题答案化⼯原理思考题答案第⼀章流体流动与输送机械1、压⼒与剪应⼒的⽅向及作⽤⾯有何不同答：压⼒垂直作⽤于流体表⾯，⽅向指向流体的作⽤⾯，剪应⼒平⾏作⽤于流体表⾯，⽅向与法向速度梯度成正⽐。
2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素答:单位是N·S/m2即Pa·s，也⽤cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分⼦间的引⼒和分⼦的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压⼒有关3、采⽤U型压差计测某阀门前后的压⼒差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？答：⽆关，对于均匀管路，⽆论如何放置，在流量及管路其他条件⼀定时，流体流动阻⼒均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截⾯的压⼒差却不相同。
4、流体流动有⼏种类型？判断依据是什么？答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？答：雷诺数表⽰流体流动中惯性⼒与黏性⼒的对⽐关系，反映流体流动的湍动状态6、层流与湍流的本质区别是什么？答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中⼼可分为哪⼏个区域？答：层流内层、过渡层和湍流⽓体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径⼀定⽽流量增⼤⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增⼤⼀倍能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量⼀定，设计时若将管径增加⼀倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失⼜是原来的多少倍？答：10、如图所⽰，⽔槽液⾯恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试⽐较⼀下各量⼤⼩11、⽤孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改⽤转⼦流量计，转⼦上下压差值⼜将如何变化？答：孔板前后压⼒差Δp=p1-p2，流量越⼤，压差越⼤，转⼦流量计属于截⾯式流量计，恒压差，压差不变。
第一章作业答案
第一章 流体流动与输送1-2 某油水分离池液面上方为常压，混合液中油（o ）与水（w ）的体积比为5:1，油的密度为ρ0 = 830kg·m -3，水的密度为ρ = 1000kg·m -3。
池的液位计读数h c =1.1m 。
试求混合液分层的油水界面高h w 和液面总高度(h w + h o )。
解：如图所示ρ0gh 0 + ρgh w = ρgh c h 0 : h w = 5:1∴ 5ρ0gh w + ρgh w = ρgh c m g g gh h w c w 214.0100083051.1100050=+⨯⨯=+=ρρρh 0 +h w = 6 h w = 6 × 0.214 = 1.284m 习题 1-2 附图1-4 如图所示，在流化床反应器上装有两个U 型水银压差计，测得R 1 = 420mm ，R 2 = 45mm ，为防止水银蒸汽扩散，于U 型管通大气一端加一段水，其高度R 3 = 40mm 。
试求A 、B 两处的表压强。
解：p A = ρgR 3 + ρHg gR 2= 1000×9.81×0.04 +13600×9.81×0.045 = 6396（表压）p B = p A + ρHg gR 1 = 6396 + 13600×9.81×0.42 = 62431（Pa ）（表压）1-5 为测量直径由d 1= 40mm 到d 2= 80mm 的突然扩大的局部阻力系数，在扩大两侧装一U 型压差计，指示液为CCl 4，316004-⋅=m kg CCl ρ。
当水的流量为2.78×10-3m 3·s -1时，压差计读数R 为165mm ，如图所示。
忽略两侧压口间的直管阻力，试求局部阻力系数。
解：在两测压口截面间列能量衡算式2222122222111u u gZ p u gZ p ξρρ+++=++ Z 1 = Z 2 123121.204.041078.2--⋅=⨯⨯=s m u π1232553.008.041078.2--⋅=⨯⨯=s m u π习题 1-5 附图等压面a-b ，则)(214R h g p gR gh p CCl ++=++ρρρ165.081.9)600`11000()(421⨯⨯-=-=-gR p p CCl ρρ= -971.2Pa 2)2(21222121u u u p p -+-=ρξ=544.0221.2)2533.021.210002.971(222=-+-理论值563.0)08.004.01()1(222221/=-=-=A A ξ 相对误差 %49.3%100544.0544.0563.0=⨯-=1-6 如图所示于异径水平管段两截面间连一倒置U 型管压差计,粗、细管的直径分别为∅60×3.5mm 与∅42×3mm.当管内水的流量为3kg·s -1时,U 型管压差计读数R 为100mm ，试求两截面间的压强差和压强降。
化工原理公式及各个章节总结汇总
化⼯原理公式及各个章节总结汇总第⼀章流体流动与输送机械1. 流体静⼒学基本⽅程：gh p p ρ+=022. 双液位U 型压差计的指⽰: )21(21ρρ-=-Rg p p )3. 伯努⼒⽅程：ρρ222212112121p u g z p u g z ++=++4. 实际流体机械能衡算⽅程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρρ222212112121+ 5. 雷诺数：µρdu =Re6. 范宁公式：ρρµλfp dlu u d l Wf ?==??=22322 7. 哈根-泊谡叶⽅程：232d lup f µ=8. 局部阻⼒计算：流道突然扩⼤：2211??-=A A ξ流产突然缩⼩：??? ??-=2115.0A A ξ第⼆章⾮均相物系分离1. 恒压过滤⽅程：t KA V V V e 222=+令A V q /=，A Ve q e /=则此⽅程为：kt q q q e =+22第三章传热1. 傅⽴叶定律：n t dAdQ ??λ-=，dxdtQ 21-=λ，或mA b tQ λ?=4. 单层圆筒壁的定态热传导⽅程： )ln1(21221r r t t l Q λπ-=或m A b t t Q λ21-=5. 单层圆筒壁内的温度分布⽅程：C r l Qt +-=ln 2λπ（由公式4推导） 6. 三层圆筒壁定态热传导⽅程：34123212141ln 1ln 1ln 1(2r r r r r r t t l Q λλλπ++-=7. ⽜顿冷却定律：)(t t A Q w -=α，)(T T A Q w -=α8. 努塞尔数λαl Nu =普朗克数λµCp =Pr 格拉晓夫数223µρβtl g Gr ?= 9. 流体在圆形管内做强制对流：10000Re >，1600Pr 6.0<<，50/>d lk Nu Pr Re 023.08.0=，或kCp du d??=λµµρλα8.0023.0，其中当加热时，k=0.4，冷却时k=0.3 10. 热平衡⽅程：)()]([1222211t t c q T T c r q Q p m s p m -=-+=⽆相变时：)()(12222111t t c q T T c q Q p m p m -=-=，若为饱和蒸⽓冷凝：)(12221t t c q r q Q p m m -== 11. 总传热系数：21211111d d d d b K m ?+?+=αλα 12. 考虑热阻的总传热系数⽅程：212121211111d d R R d d d d b K s s m ?++?+?+=αλα 13. 总传热速率⽅程：t KA Q ?=14. 两流体在换热器中逆流不发⽣相变的计算⽅程：p m p m p m c q c q c q KA t T t T 15. 两流体在换热器中并流不发⽣相变的计算⽅程：+=--22111122111ln p m p m p m c q c q c q KA t T t T 16. 两流体在换热器中以饱和蒸⽓加热冷流体的计算⽅程：2221ln p m c q KAt T t T =--第四章蒸发1.蒸发⽔量的计算：110)(Lx x W F Fx =-= 2.⽔的蒸发量：)1(1x x F W -=3. 完成时的溶液浓度：WF F x -=04.单位蒸⽓消耗量：rr D W '=，此时原料液由预热器加热⾄沸点后进料，且不计热损失，r 为加热时的蒸⽓汽化潜热r ’为⼆次蒸⽓的汽化潜热 5.传热⾯积：mt K QA ?=，对加热室作热量衡算，求得Dr h H D Q c =-=)(，1t T t -=?，T 为加热蒸⽓的温度，t 1为操作条件下的溶液沸点。
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
化工单元操作基础知识讲座之一流体输送
4
第一部分
流体流动与输送
流体输送的应用
① 日常生活中 流动现象：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
化学工业出版社
5
第一部分
流体流动与输送
煤气
②工业生产过程中
填料塔 孔板流量计
煤气
煤气洗涤塔
泵 水池
水
水封
化学工业出版社
6
第一部分
流体流动与输送
一、流体的定义、特征与流动类型 1、定义：液态或气态下可以流动的物料称为流体 2、流体的共同特征（气体与液体的共同点）： 易流动，抗剪和抗张的能力很小；无固定形 状，随容器的形状而变化；在外力的作用下其 内部发生相对运动。 把流体视为由无数个流体微 u 团（或流体质点）所组成，这些 流体微团紧密接触，彼此没有间 隙。这就是连续介质模型。
8
第一部分
流体流动与输送
5、流体流动类型：
①稳定流动：在流体流动任一截面上，流体的 压力、流量、流速等流动参数只与位置有关， 与时间的变化无关的流动。 ②不稳定流动：
化学工业出版社
9
第一部分
流体流动与输送
说明：① 在化工生产中，正常运 行时，各点各处的流量不随时间 变化，近似为常数，系统流动近 似为稳态流动。 ② 只有在出现波动或是开、 停车时，为非稳态流动。
②在同一流体的相同水平面上 各方向的压强相同
p p p
p p
p
化学工业出版社
14
第一部分
流体流动与输送
2）压强的单位及换算
压强的法定单位是Pa：1Pa=1N/m2。常用单位：如：物理大 气压（atm）、工程大气压（at）、米水柱（mH2O）、毫 米汞柱（mmHg）、巴（bar）等 换算关系如下： 1atm=1.013×105Pa=760mmHg =1.033at=10.33mH2O 1at=1kgf/cm2=9.81×104Pa=10mH2O =735.6mmHg
1-流体的流动与输送
气体的千摩尔质量 kg/kmol
p T0 Mp ρ 0 ⋅ = 0.1203 p0 T T
或
m nM pM = ρ= = V V RT
式只适用于理想气体。 注：以上3式只适用于理想气体。 以上 式只适用于理想气体
1.1 流体静力学基本方程
气体混合物： 气体混合物：
ρ = ϕ 1 ρ1 + ϕ 2 ρ 2 + L + ϕ n ρ n
d 液体 =
ρ 4 CH O
o 2
d 气的密度1000kg/m3,标态下空气密度 常温下水的密度 标态下空气密度1.293 kg/m3 标态下空气密度
1.1 流体静力学基本方程
压力（压强） 1.1.2 压力（压强）(Pressure) 1.1.2.1 压力的单位和定义 流体的压力（ ）是流体垂直作用于单位面积上的力， 流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严 格地说应该称压强。称作用于整个面上的力 总压力。 格地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
1.1 流体静力学基本方程
理想气体的密度：标准状态（ 下每kmol 理想气体的密度：标准状态（1atm，0 ℃ ）下每 ， 气体的体积为22.4 m3，则其密度为 气体的体积为
理想气体标准状态下 的密度， 的密度，kg/ m3 理想气体T， 下的密 理想气体 ，p下的密 度，kg/ m3 ρ=
M ρ0 = 22.4
流体流动与输送
概述
什么是流体，流体具有什么性质？ 什么是流体，流体具有什么性质？
In physics, a fluid is a substance that continually deforms (flows) under an applied shear stress, no matter how small. Fluids are a subset of the phases of matter and include liquids, gases, plasmas and, to some extent, plastic solids. 流体是液体和气体的总称，是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位置 的分子构成的，它的基本特征是没有一定的形状和具有流动性。在分子层面上， 质量在空间分布是不连续的，运动在空间和时间是都是不连续的。
流体流动、流体输送机械练习题
u= Q 30 ÷ 3600 = = 1.62m / s 2 2 0.785d 0.785 × 0.081
20℃水的粘度为1.005cP。 ℃水的粘度为 。
0.081 × 1.62 × 1000 Re = = = 1.306 × 105 1.005 × 10−3 µ λ = 0.01227 + 0.7543 /(1.305 × 105 )0.38 = 0.0209 dup
3．常温下水密度为1000kg／m3，粘度为 ．常温下水密度为 粘度为1cP，在d内=100mm管 ／ ， 管 内以3m/s的速度速度流动，其流动类型为 的速度速度流动， 内以 的速度速度流动 。 4．12kgf·m＝ ． ＝ J。 。 5．空气在标准状态下密度为1.29kg／m3，在0.25MPa下(绝 ．空气在标准状态下密度为 ／ 下绝 压)80 ℃时的密度为 。
流量改变后， 流量改变后，总压降与原来总压降相同
lu lu λ3 + λ1 =λ 2d 2d 2d 高度湍 ,λ3 = λ1 = λ, l原 = ( l3 + l1 ) = 2l1 流 u3 u1 = 2
2 3 3
2 1 1
l原u2
2 u3 u3 1 + = u2 2 2 2
2
5 2 8 2 u3 = u u3 = u 8 5 8 8 qv3 = qv = ×5000 = 6330m3 / h 5 5
式中H的单位为 ，Q的单位为 3/min。求最高效率点的效 式中 的单位为m， 的单位为m 。 的单位为 的单位为 率并评价此泵的适应性；（ ）若此泵适用， 率并评价此泵的适应性；（3）若此泵适用，用关小阀门调节流 ；（ 量，求调节阀门消耗的功率；（ ）若（2）的泵不用改变阀门 求调节阀门消耗的功率；（4） ；（ ） 的开度而改变转速调节流量，试求转速应调节到多少？ 的开度而改变转速调节流量，试求转速应调节到多少？
1-流体流动及流体输送机械总结
③使用微差压差计（双液杯式微压计）。
流体静力学基本方程式的应用
4. 微差压差计 普通Ｕ形管压差计读数R过小
p1 p2 ( A C ) gR
流体静力学基本方程式的应用
5. 倒装U形管压差计
ρ0
A
B
p p1 p2 Rg 0
R
z1 1 流体ρ 2 z2
1´
为单位称工程大气压，at。
１atm＝1.013×105 Pa＝1.033 at＝10.33 mH2O＝760 mmHg
基本参数
应
静力学方程的应用： 测量两点压差或各点静压 测量液位高度 确定液封高度
流体流动基本原理
用
流体静力学
流体静力学基本方程式
描述静止流体内部压力分布的数学表达式，称为流体静力学基本方程式
N e weW weV
[J/s 或 W]
⑥ 以单位重量为基准，Bernoulli方程式的形式为：
2 u12 p1 u2 p2 z1 H e z2 H f ,12 2g g 2g g
He
——有效压头或外加压头，m ——压头损失，m
H
f , 12
流体流动的守恒原理 机械能守恒——柏努利（Bernoulli）方程式
1.单位质量流体所具有的能量
u p u p gz1 1 1 we gz2 2 2 h f 2 2
2 2
J/kg
2.单位体积流体所具有的能量
gz1 u1 2
2 p1 we gz2
u 2 2
2
p2 p f
J/m3 或N/m2 , Pa
对不稳定流动：任一瞬间Bernoulli方程式都成立。
化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
化工原理公式总结
第一章 流体流动与输送机械1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=022. 双液位U 型压差计的指示: )21(21ρρ-=-Rg p p3. 伯努力方程：ρρ222212112121p u g z p u g z ++=++ 4. 实际流体机械能衡算方程：f W p u g z p u g z ∑+++=++ρρ222212112121+5. 雷诺数：μρdu =Re6. 范宁公式：ρρμλfp dlu u d l Wf ∆==⋅⋅=22322 7. 哈根-泊谡叶方程：232d lup f μ=∆8. 局部阻力计算：流道突然扩大：2211⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ流产突然缩小：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2115.0A A ξ 第二章 非均相物系分离1. 恒压过滤方程：t KA V V V e 222=+令A V q /=,A Ve q e /=则此方程为：kt q q q e =+22 第三章 传热1. 傅立叶定律：n t dA dQ ϑϑλ-=,dxdtA Q λ-=2. 热导率与温度的线性关系：)1(0t αλλ+=3. 单层壁的定态热导率：bt t AQ 21-=λ,或mA b tQ λ∆=4. 单层圆筒壁的定态热传导方程： )ln1(21221r r t t l Q λπ-=或m A b tt Q λ21-=5. 单层圆筒壁内的温度分布方程：C r l Qt +-=ln 2λπ由公式4推导6. 三层圆筒壁定态热传导方程：34123212141ln 1ln 1ln 1(2r r r r r r t t l Q λλλπ++-=7. 牛顿冷却定律：)(t t A Q w -=α,)(T T A Q w -=α8. 努塞尔数λαl Nu =普朗克数λμCp =Pr 格拉晓夫数223μρβtl g Gr ∆= 9. 流体在圆形管内做强制对流： 10000Re >,1600Pr 6.0<<,50/>d lk Nu Pr Re 023.08.0=,或kCp du d ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λμμρλα8.0023.0,其中当加热时,k=,冷却时k= 10. 热平衡方程：)()]([1222211t t c q T T c r q Q p m s p m -=-+=无相变时：)()(12222111t t c q T T c q Q p m p m -=-=,若为饱和蒸气冷凝：)(12221t t c q r q Q p m m -== 11. 总传热系数：21211111d d d d b K m ⋅+⋅+=αλα 12. 考虑热阻的总传热系数方程：212121211111d d R R d d d d b K s s m ⋅++⋅+⋅+=αλα 13. 总传热速率方程：t KA Q ∆=14. 两流体在换热器中逆流不发生相变的计算方程：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=--22111112211lnp m p m p m c q c q c q KA t T t T 15. 两流体在换热器中并流不发生相变的计算方程：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=--22111122111ln p m p m p m c q c q c q KA t T t T 16. 两流体在换热器中以饱和蒸气加热冷流体的计算方程：2221ln p m c q KAt T t T =-- 第四章 蒸发1. 蒸发水量的计算：110)(Lx x W F Fx =-=2. 水的蒸发量：)1(1x x F W -= 3. 完成时的溶液浓度：WF F x -=04. 单位蒸气消耗量：rr D W '=,此时原料液由预热器加热至沸点后进料,且不计热损失,r 为加热时的蒸气汽化潜热r ’为二次蒸气的汽化潜热 5. 传热面积：mt K Q A ∆=,对加热室作热量衡算,求得Dr h H D Q c =-=)(,1t T t -=∆,T 为加热蒸气的温度,t 1为操作条件下的溶液沸点;6. 蒸发器的生产能力：)(1t T KA Q -=7. 蒸发器的生产强度蒸发强度：QW E =第六章 蒸馏1. 乌拉尔定律：A AA x p p 0=,)1(0AB A x p p -= 2. 道尔顿分定律：B A p p p +=3. 双组分理想体系气液平衡时,系统总压、组分分压与组成关系：A A A A x p py p 0==,B B B B x p py p 0==4. 泡点方程：o Bo A o B A p p p p x --=,露点方程：oB oA oBo A A p p p p p p y --⋅=5. 挥发度：A AAx p =ν,BB B x p =ν 6. 相对挥发度: B B A A B A x p x p ==ννα,或BA B A x xy y ⋅=α7. 相平衡方程：xxy )1(1-+=αα8. 全塔物料衡算：W D F +=,xW xD xF W D F +=9. 馏出液采出率：xW D WF x x x F D --=10. 釜液采出率：xWD FD x x x F W --=11. 精馏段操作线方程：D L V +=,D n n Dx Lx Vy +=+1,D n n x VDx V L y +=+1 令D L R =回流比,则D n n x R x R R y 1111+++=+ 12. 提馏段操作线方程： 总物料衡算：W V L +='',易挥发组分的物料衡算：xW m m W y V x L +=+1'' 即W m m x WL Wx W L L y ---=+'''1 13. q 线方程进料方程：11---=q x x q qy F 14. 芬斯克方程：mW W D D xx x x N αlg 11lg 1min ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+第七章 干燥1. 湿度：vva v a a v v p p p n n M n M n H -===622.02918 2. 相对温度：%100⨯=sv p pϕ3. 湿比热容：H c c c v a H +=,在0~120℃时, H c H 88.101.1+=4. 湿空气焓：v a H HI I I +=,具体表达式为：H t H I I H 2492)88.101.1(++=5. 湿比体积：()p t H p t H v H 5510013.12732734.22244.1772.010013.12732734.2218291⨯⨯+⨯⨯+=⨯⨯+⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛+=露点温度：dd p p p H -⋅=622.0,即H Hpp d +=622.0。
化工原理-习题-流体流动及流体输送机械
流体流动及输送装置一、填空1. 按照化工单元操作所遵循的基本规律的不同，可将单元操作分为动量传递、热量传递、质量传递。
2. 化工生产中，物料衡算的理论依据是质量守恒定律，热量衡算的理论基础是能量守恒定律。
3. 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为100mmHg，则该体系的绝对压强为850mmHg，真空度为-100mmHg.4. 液柱压力计量是基于流体静力学原理的测压装置，用U形管压强计测压时，当压强计一端与大气相通时，读数R表示的是表压或真空度。
5. 转子流量计的设计原理是依据流动时在转子的上、下端产生了压强差。
6. 静止液体中两处压力相等的条件是连续、同一液体、同一水平面。
7. 流体在圆管内作稳定连续流动时，当Re≤2000时为滞流流动，其摩擦系数λ=64/Re；当Re≥4000时为湍流流动。
当Re在2000-4000之间时为过渡流。
流体沿壁面流动时，有显著速度梯度的区域称为流动边界层。
8. 当流体的体积流量一定时，流动截面扩大，则流速减少，动压头减少，静压头增加。
9. 柏努利方程实验中，在一定流速下某测压管显示的液位高度为静压头，当流速再增大时，液位高度降低，因为阻力损失增大。
10. 理想流体是指没有粘性或没有摩擦阻力，而实际流体是指具有粘性或有摩擦力，流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有粘性。
11. 一般情况下，温度升高，液体的粘度减小，气体的粘度增大。
12. P/(ρg)的物理意义是表示流动系统某截面处单位重量流体所具有的静压能,称为静压头。
mu2/2的物理意义是表示流动系统某截面处1kg流体具有的动能。
13. 雷诺准数的表达式为R e=dμρ/μ。
当密度ρ＝1000kg/m，粘度μ=1厘泊的水在内径为d=100mm，以流速为1m/s在管中流动时，其流动类型为湍流14. 流体在圆直管内流动，当Re≥4000时的流型称为湍流，其平均速度与最大流速的关系为u＝0.8u max；Re≤2000的流型称为滞流，其平均速度为u＝0.5u max。
化工基础课第三章 流体流动及流体输送设备
计算（不包括导管出口的局部阻力），溶 液密度为 1100kg/m3。
试计算：送液量每小时为 3m3 时，容器 B 内应保持的真空度。
pa
1
22
p真
抽真空
1.5m
B
1
A
解：取容器A的液面1-1截面为基准面，导液管出口为2-2截面， 在该两截面间列柏努利方程，有
z2 g
u22 2
5.5u22
1.5 9.81 6.01.182 1100 2.54104 Pa
ZYNC 化学系
3.3流体压力和流量的测量
1．流体压力的测量---U形管压力计 2．流体流量的测量---孔板流量计、文丘里流量计、
转子流量计
ZYNC 化学系
1．流体压力的测量---U形管压力计
ZYNC 化学系
⑴ 粘度μ的物理意义：
y
设有上、下两块平行放置、 面积很大、相距很近的夹板，板 间充满流体，下板固定，以一推 动力F推动上平板以u恒速运动。
y y
经实验证明，此时： 引入比例系数μ，有：
F u A y
F u A
y
ZYNC 化学系
⑵ 粘度 : 单位：Pa·s，泊P：g·cm-1·s-1
量，其原理与孔板流量计相同。
结构：采取渐缩后渐扩的流道，避免使流体出现边界层分离而
产生旋涡，因此阻力损失较小。
qv u0S0 cvS0
2gR(i )
ZYNC 化学系
文丘里流量计
ZYNC 化学系
⑶ 转子流量计 原理：
流体出口
转子上下截面由于压差（p1－p2）所形成的
向上推力与转子的重力相平衡。稳定位置与流
流体流动与流体输送机械
3
五、管内流动的阻力损失
沿程阻 流体流经直管时的机械能损耗（直 力损失 管阻力损失）
管道
的总
阻力
流体流经各种管件和阀件时，由于流
速大小和方向突然改变，从而产生大 局部阻 量漩涡，导致很大的机械能损失，这 力损失
种损失属于形体阻力损失，它由管件
等局部部位的原因引起，而称为局部
阻力损失
〔1〕沿程阻力损失的计算
a. 流体密度的影响
由离心泵的基本方程(书57、58页的2-8、2-11）可看出， 离心泵的压头、流量均与液体的密度无关,但离心泵所需 的轴功率则随液体密度的增加而增加
b. 黏度的影响
液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因
此，H—Q、N—Q、—Q曲线都将随之而变。
• 转速的影响—比例定律
三管内流体的质量衡算连续性方程从截面11流入的流体质量流量s1应等于从截面22流出的流体质量流量对于不可压缩流体于是得到液体的平均流速与管道流通截面积成反比对于圆管于是得到圆管的平均流速与管道管径的平方成反比如果管路有分支总管中的质量流量为各支管质量流量之和四管内流体的机械能衡算实际流体的机械能衡算由于实际流体有粘性流体在流动过程中流体内部及流体与管内壁产生摩擦流体流动时要消耗机械能以克服阻力造成流体的能量损1kg流体计的不可压缩实际流体的机械能衡算式gzwe外加功能量损失p1静压能单位jkg除以重力加速度则得到单位重量流体为基准的机械能衡算式2g动压头速度头压头损失单位均为则可以得到以单位体积流体为基准的机械能衡算方程压头损失的关系gh伯努利方程理想流体是指没有黏性的流体即黏度的流体则机械能衡算式为
Q1 n1 Q2 n2
H1 ( n1 )2 H 2 n2
N1 ( n1 )3 N2 n2
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化学工业----生产化学品的工业
化学工业分类
无机化工 酸、碱、盐、化肥、电化学等工业。
基本有机化工-----是基础
以石油、煤、天然气等为基础原料，经化学加工生产各种有机产 品（如烃、醇、醛、酮、羧酸、酯等）的工业。
精细化工-----包括化学制药
经深加工得小批量、多品种、具有特定功能高附加值的化学品 （表面活性剂、化妆品、涂料、食品添加剂等）的工业。
为解决流体输送过程中遇到的问题，必须了解 流体流动的基本规律，处于静止状态的液体，流 速为零，这是流体流动最简单情况。
流体密度为 ，静止流体内部某处压强 p2 为：
p2 p0 hg
p 其中 0 ------液面上方压强
h ------液体内部某处距离液面的高度
• 流体静力学基本结论
1.静止液体内部压强与液体密度和深度有关 2.静止液体内部压强与液体上方压强p0有关 3.静止液体内部相连通的同一水平面处压强相等，称等
高分子化工
由小分子物质合成大分子量有机物（聚合物，如：三大合成材料 等）的工业。
化工产品生产过程
核心
反应控制
原 料
预处理
反应
产 分离 粗产品 精制 品
化工工艺 学
分离技术
三废处理
化工产品生产过程一般包括：
1.原料预处理 2.化学反应（选用合适反应器、确定最佳操作条件、 使反应向预期的方向进行） 3.产物分离与精制 • 除化学反应外，原料预处理和产物提纯可归纳为若干 种基本的物理过程，如流体流动与输送、传热、蒸发、 精馏、结晶、吸收、过滤等多种单元操作。
大
B
气
压
图1-1 绝对压强、表压和真空度的关系
绝压的计算公式： 绝压 = 大气压 + 表压 绝压 = 大气压—真空度
计算 1.某反应器测得表压是8atm，外界压力为1atm。绝压？ 2.兰州石化某精馏塔塔顶真空度为620mmHg,当地大气压
为85.3kPa，绝压？（2.7kPa）
三、 流体静力学方程
可压缩流体------气体 化工生产中所处理的原料及产品，大多是流体。 生产时，往往把流体依次输送到各设备内，进行化 学反应或物理变化等，故动力消耗及设备的投资都 与流体的流动状态密切相关。 流体流动与输送是化工生产中的一个基本单元操作
二、流体主要物理量
1. 流体密度与相对密度
1) 密度----单位体积流体所具有的质量。
单位换算：1atm=760mmHg=101.3kPa=10.33mH2O
压力的表达方式
精馏原理
在生产中压力有三种方式：绝压、表压和真空度。
①绝对压强（绝压）----指流体的真实压强，非仪表读数。
相对压强----以当地大气压为基准测得，即：生产中所 用压力仪表显示的数值
②表压----若所测设备内压力高于大气压。所用仪表称压 力表，仪表读数为表压。
前言
• 流体流动是化工生产的最基本单元操作。 • 流体流动其它单元操作的基础。 • 流体流动应用：
压力测量 液位测量 流量测量 流体输送设备选型
第一章. 流体流动与输送
流体静力学 流体动力学 流体的阻力 管道布置 流体输送及设备
1.1 流体静力学
一、流体
指具有流动性的物体，包括液体和气体。 流体的分类：不可压缩流体----液体
•
表压 = 绝对压强 － 大气压强
③真空度 当被测流体的压力小于大气压时，所用测压表 称真空表，仪表读数称为真空度。即
• 真空度 = 大气压强 － 绝对压强 真空度数值越大，绝压越小。
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强。
高
于 大
A
气
压
低
于
图1-5 玻璃液位计
3.远距离测量液面（所测气体与槽内液体不溶） 4.液封高度确定
h p 示R 压力超过10kPa气体就从水封管排出
h p 示R
1.2 流体动力学
一、流量与流速
流量----单位时间流过管路任意截面的流体量，包括： 体积流量（用符号 qV 表示，单位m3/s或m3/h ） 质量流量（用符号 qm 表示，单位kg/s或kg/h）
F ------ 为流体垂直作用于A面积上的力， N
p ------- 作用在该表面 上的压力，N/m2，即Pa
压强的单位
国际单位（SI制）N/m2，称帕斯卡，代号Pa 0.1MPa = 100 kPa ≈ 1atm
其它单位：大气压（代号atm） 毫米汞柱（mmHg） 米水柱 （mH2O）
化工原理
学习内容： 化工生产中常用单元操作（流体流动、
传热、精馏等）原理、设备结构及简单计算。
“三传一反” 动量传递（流体流动、过滤等） 热量传递（传热---推动力：温度差） 质量传递（传质—精馏、萃取等,推动力：浓度差） 化学反应过程
化工单元操作
第一章 流体流动与输送 第二章 传热 第三章 精馏 第四章 萃取（抽提） 第五章 吸收与解吸
低压气体可用公式计算： pM
RT
气体密度与温度、压力有关，温度越高、压力越低，密度 越小
同温同压下，分子量M越大，气体密度越大。如氯气密度高 于氮气、空气。
2．压强（压力）
定义：流体垂直作用于单位面积上的力，简称压
p 强（习惯称压力）。用 符号表示
p F A
A ------面积， m2
m 表达式为
V
国际单位（SI制） kg/m3
2）相对密度
d t
为流体密度与4℃时水的密度之比，习惯称比重 。 4
水
相对密度无单位 ρ—流体在t时的密度 ρ —水在4℃时的密度，为1000kg/m3
• 液体密度 不可压缩流体，压力变化对其影响不大，可用比重 计测定。
• 气体密度（与温度、压力密切相关）
质量流量与体积流量的关系为：
qm qV
流速 ----单位时间内流体在流动方向流过的距离。 工程上多用平均流速u表示，m/s。
压面。 四、流体静力学方程应用 1.测量压力或压差
pA pB
p1 p2 指Rg
系统压力高于大气压
系统压力低于大气压
测量表压
测量真空度
流体静力学方程 2. 测量液位 要了解容器内液面或控制一定液面，都
需要进行液位测量。
相连通的静止液体内部，同 一水平面处压强相等 即：内部连通的静止液体， 其液位相等