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中山大学化工原理课件 第4章-传热习题课(2)
（2）操作一年后，由于水垢增加，换热器能力下降，当水的流量和进口温度不变，其它条件也没有
变化，此时水出口温度仅能预热至 70 0 C ，试求此时基于外表面积的传热系数 K′及垢层热阻 R′。 已知水在定性温度 50 0 C 时的物性数据如下： 988 .1kg m ; C p 4175 J kg K ;
„„„„ (a)
(134 20) (134 70) 114 ln ( ) 64
„„„„ (b)
' '
' 逆流： q m, h C p ,h 243 T2 q m , c C p ,C t 2 128 K A t m
解题过程 2：根据传热速率方程得： 并流： t m
q m, h C p ,h (243 167 ) KA q m, h C p ,h (243 T2 ' ) KA
【习题课例 4-1】蒸汽管道 104 mm 4mm 外包扎有两层隔热材料，内层为保温砖
(1 0.15W m 1 K 1 ) 外层为建筑砖 (2 0.69W m1 K 1 ) ，设两隔热层之厚度均为 50mm ，
且管壁热阻可忽略。若将两层材料互换位置，而其它条件不变，试问每米管长的热损失的改变为多少？ 说明在本题条件下，哪种材料包扎在内层较为合适。若为平壁，隔热材料互换对热损失有影响吗？ 解题思路：这是一个较为简单的圆筒壁导热问题，用下列公式计算两次并比较，即可。
3 1 1
0.549 cp ； 0.648 W m 1 K 1 。
解题思路： （！ ）先弄清条件，如图所示
d1 , d 2 , 2为已知, 基于外表面积的K，即K 2
化工原理传热习题课
K：不变。
Q
t2
t m
练习3： 无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热， 今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、T2、t2、tm的变化趋势。
t1 T2 T1 t2
答： u , h1 , K ，
T2 , t 2 , t m , Q
双管程列管式
套管式
K： K 不变 Q： Q 排除法
t2 h1、h2不变 T2： T2 t m t m
t2：
T1 T2
0
A
练习2： 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相 变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数 不变，试定性分析K、Q、t2、tm的变化趋势。
蒸汽温度 T
h2=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h
Q 8.4 kJ s
油 216kg/h T1=150℃ cp=2.0 kJ/kgK， h1=1.5 kW/m2K
T 2=80℃ t1=20℃
t2 53.4C
K 0.894kW m 2 K (以外表面为基准)
tm，并
解：（1）Q w r 2100 2232 1302kw 凝 3600 Q 1302 Q wct W＝ ＝ ＝4.146kg/s ct 4.187 90－ 15 （ 2）
A实 85.4m
2
A需 A实
换热面积够用
四管程列管式
【例7-5】(P) 在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却 至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升 至35℃，气侧给热系数为50W /(m2· ℃)，水侧给热系数 为5000W /(m2· ℃), 现工厂扩大生产能力，气体的流量 增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢 热阻，试求： ⑴ 冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水 的出口温度； ⑵ 气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以 使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量 和冷却水的出口温度。
Q
t2
t m
练习3： 无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热， 今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、T2、t2、tm的变化趋势。
t1 T2 T1 t2
答： u , h1 , K ，
T2 , t 2 , t m , Q
双管程列管式
套管式
K： K 不变 Q： Q 排除法
t2 h1、h2不变 T2： T2 t m t m
t2：
T1 T2
0
A
练习2： 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相 变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数 不变，试定性分析K、Q、t2、tm的变化趋势。
蒸汽温度 T
h2=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h
Q 8.4 kJ s
油 216kg/h T1=150℃ cp=2.0 kJ/kgK， h1=1.5 kW/m2K
T 2=80℃ t1=20℃
t2 53.4C
K 0.894kW m 2 K (以外表面为基准)
tm，并
解：（1）Q w r 2100 2232 1302kw 凝 3600 Q 1302 Q wct W＝ ＝ ＝4.146kg/s ct 4.187 90－ 15 （ 2）
A实 85.4m
2
A需 A实
换热面积够用
四管程列管式
【例7-5】(P) 在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却 至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升 至35℃，气侧给热系数为50W /(m2· ℃)，水侧给热系数 为5000W /(m2· ℃), 现工厂扩大生产能力，气体的流量 增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢 热阻，试求： ⑴ 冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水 的出口温度； ⑵ 气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以 使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量 和冷却水的出口温度。
化工原理上册课后习题及答案.pptx
闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水银面上方有一段 R' 为 20mm 的清水。当阀门全关时，压
差计上读数 R 为 740mm，左侧指示剂液面与水管中心线间的垂直距离 h 为 1m。当阀门全开时，不
hf 40u 2
h
包括管子出口损失的系统阻力用经验公式
计算。式中 f 为流动系数的总摩擦阻力，
J/kg， u 为水在管路中的流速，m/s。试求将水放出 24m3 需经历若干时间。
式中各项为：
整理得
V1 =0
V0
=
4
d0 2u
Vd A
4
d 0 u2 d
4
D 2dH
d ( D )2 dH
d0 u
（1）
上式中瞬间液面高度H 与瞬间速度u 的关系可通过列瞬间柏努利式求得。在瞬间液面11'（图
中未画出）及管出口内侧截面2 2' 间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面：
gz1
7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时， Re 将如何变化？
8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？
10 摩擦系数 λ 与雷诺数 Re 及相对粗糙度 / d 的关联图分为 4 个区域。每个区域中，λ 与哪些因
素有关？哪个区域的流体摩擦损失 h f 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的 h f 与 u 2 成正比？光
解： 根据题意画出如附图所示的流程图。
由题意知流动过程中槽内水面不断下降，故本
D题属于不可压缩流体作非定Fra bibliotek流动系统。液面高度
H1
随流动时间增加而逐渐降低，管中水的流速随液面
d
化工原理第一章习题课
局部阻力系数ζ （进口为0.5，出口为1） 当量长度le 4.非圆形管当量直径
4A de C
管内湍流 Re 2000
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
例：为了测出平直等径管AD上某泄漏点M的位置，采用 如图所示的方法，在A、B、C、D四处各安装一个压力表， 并使LAB=LCD 。现已知AD段、AB段管长及4个压力表读 数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄 漏点M的位置，并求泄漏量点总流量的百分数。
2.ρ——流体密度，kg/m3（平均值）
P1 P2 3.柏式应用于可压缩流体， P1 0.2 用平均压强来计算ρm代入
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
w f w f w f ——管路总阻力，J/kg
'
1.静止流体或理想流体 w f 0
( Hg ) g
Hf , ab；
( Hg ) g
Hf , cd ;
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
P
Байду номын сангаас
——静压能（流动力），J/kg
1.△P——两截面上压强差，若两容器开口，△P=0 绝压，表压，真空度（负表压）的概念 流体静力学基方方程式
P Pa gh
U形管压差计测两截面（容器）总势能差
gz P R( A ) g
如图所示，贮槽内水位维持不变。管路直径100mm，管路 上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示 液的U形管压差计。测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。求1）当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm， 当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系 数可取0.025。问每小时流量？2）当闸阀全开时，U管压差 计的静压强为若干？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数不变。
化工原理少学时考试重点例题与考试复习题及课后答案.干燥过程的物料衡算与热量衡算PPT课件
第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算
7.2.1 湿物料中含水量
一、干燥过程的物料衡算 （一）物料含水量的表示方法
（1）湿基含水量 w [kg水/kg湿物料]
湿物料中水分质量 w 湿物料总质量
（2）干基含水量 X [kg水/kg干物料]
湿物料中水分质量 X 湿物料中绝干物料质量
三、两者关系 w X 1X
令：
l(I2I1)H I22 H I11
qG W 2cw(21)qL
则有： H I2 2 H I11cw1qDq
(cw1qD) ：外界补充的热量及湿物料中被汽化水分
带入的热量；
q ：热损失及湿物料进出干燥器热量之差。
等焓过程：
I2 I1
0
cw 1qDq0
等焓过程又可分为两种情况，其一
qL 0 无热损失
G W2 cw(2 1)0 湿物料不升温 2 1
qD 0 干燥器不补充热量
cw1 0 湿物料中汽化水分带入的热量很少
空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热， 而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气 焓值不变。
其二
若 cw1qDq
即：湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热 量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵 消，此时，空气的焓值也保持不变。 以上两种干燥过程均为等焓干燥过程。
2.
t
0、t
一定时，
2
t1 h
3. 回收废气中热量
Байду номын сангаас
4. 加强管道保温，减少热损失
谢谢观看！
第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算721湿物料中含水量一干燥过程的物料衡算一物料含水量的表示方法1湿基含水量wkg水kg湿物料湿物料总质量湿物料中水分质量2干基含水量xkg水kg干物料湿物料中绝干物料质量湿物料中水分质量物料衡算干燥的物料衡算含水量干燥前后物料的湿基量流量进入干燥器的湿物料质量流量湿物料中绝干物料的质kgkg水量湿物料和产品的干基含水分的水分量湿物料在干燥器内蒸发kgkgkgkgkgkgkg单位空气消耗量单水分消耗的干空气量蒸发3空气消耗量二热量衡算
7.2.1 湿物料中含水量
一、干燥过程的物料衡算 （一）物料含水量的表示方法
（1）湿基含水量 w [kg水/kg湿物料]
湿物料中水分质量 w 湿物料总质量
（2）干基含水量 X [kg水/kg干物料]
湿物料中水分质量 X 湿物料中绝干物料质量
三、两者关系 w X 1X
令：
l(I2I1)H I22 H I11
qG W 2cw(21)qL
则有： H I2 2 H I11cw1qDq
(cw1qD) ：外界补充的热量及湿物料中被汽化水分
带入的热量；
q ：热损失及湿物料进出干燥器热量之差。
等焓过程：
I2 I1
0
cw 1qDq0
等焓过程又可分为两种情况，其一
qL 0 无热损失
G W2 cw(2 1)0 湿物料不升温 2 1
qD 0 干燥器不补充热量
cw1 0 湿物料中汽化水分带入的热量很少
空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热， 而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气 焓值不变。
其二
若 cw1qDq
即：湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热 量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵 消，此时，空气的焓值也保持不变。 以上两种干燥过程均为等焓干燥过程。
2.
t
0、t
一定时，
2
t1 h
3. 回收废气中热量
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4. 加强管道保温，减少热损失
谢谢观看！
第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算721湿物料中含水量一干燥过程的物料衡算一物料含水量的表示方法1湿基含水量wkg水kg湿物料湿物料总质量湿物料中水分质量2干基含水量xkg水kg干物料湿物料中绝干物料质量湿物料中水分质量物料衡算干燥的物料衡算含水量干燥前后物料的湿基量流量进入干燥器的湿物料质量流量湿物料中绝干物料的质kgkg水量湿物料和产品的干基含水分的水分量湿物料在干燥器内蒸发kgkgkgkgkgkgkg单位空气消耗量单水分消耗的干空气量蒸发3空气消耗量二热量衡算
化工原理干燥精品PPT课件
（2）湿度 ---又称湿含量，单位kg水/kg干空气
水汽的质量 H 绝干空气的质量
水汽的摩尔数 绝干空气的摩尔数
Mv Ma
pw P pw
18 29
思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？
质量比
思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？
干燥过程中干空气的质量不变
《化工原理》电子教案/第十三章
5/101
t
空气
t, H
t, H
《化工原理》电子教案/第十三章
10/101
一．湿空气的性质
6、湿球温度 tw
----用湿球温度计测出的空气温度
❖大量、快速流动的空气（空气的 流速应大于5m/s）与少量水接触；
湿球温度计
❖传质----因存在传质推动力，湿纱布
中的水汽化进入空气，此过程需要吸 热（水提供），因此水温下降；
V T P0 V0标态 T0 P
V T 1.013105
n 22.4 273
P 7/101
《化工原理》电子教案/第十三章
一．湿空气的性质
3．湿比热容cH ----kJ/(kg干气K) 此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
比热容的一般定义： kJ/(kgK)
cH ca cw H 1.01 1.88H
ca干空气的比热，kJ/(kg·K) 1.01kJ/(kg·K) cw水气的比热，kJ/(kg·K) 1.88kJ/(kg·K)
《化工原理》电子教案/第十三章
8/101
一．湿空气的性质
4．湿空气的焓I ----kJ/ kg干气
此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
I Ia IwH
ca cw H t r0 H
化工原理第一章习题课(李鑫)
H H2 H1
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
化工原理课后习题ppt课件
qv qm / 30000 / 998 .2 30.05m3 / h 流速为 v 1.0m / s
d 4qv 4 30.05 0.103 m 103 mm
v 3600 1.0
选择 108mm 4mm 无缝钢管，内径 d 100mm
此时，主管内流速为
吸收
12
5-12 用清水在吸收塔中吸收混合气体中的溶质A，吸收塔某截面上，气相
主体中溶质A的分压为5kPa，液相中溶质的摩尔分数为0.015。气膜传质
系数 kY 1.5105 kmol /(m2 s) 液膜传质系数 kX 3.5103 kmol /(m2 s) 气液平
衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数m=0.7。总压为101.325kPa。试求：
5
6
7
8
9
tm，逆流
t1 t2 ln t1
t2
70 40 ln 70
53.6o C
40
tm，并流
t1 t2 ln t1
t2
100 10 ln 100
39.1o C
10
10
5-4 100g水中溶解1gNH3，查得20oC时溶液上方NH3平衡分压798Pa。此 烯溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E（单位为kPa）、 溶解度系数H [单位为kmol/(m3·kPa)]和相平衡常数m。总压为100kPa。
解：（1） G(Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
通过 L Y1 Y2 G min X1,max X 2
算出最小液气比：（L/G）min （2）解题过程类似于（1）小题
14
15
16
d 4qv 4 30.05 0.103 m 103 mm
v 3600 1.0
选择 108mm 4mm 无缝钢管，内径 d 100mm
此时，主管内流速为
吸收
12
5-12 用清水在吸收塔中吸收混合气体中的溶质A，吸收塔某截面上，气相
主体中溶质A的分压为5kPa，液相中溶质的摩尔分数为0.015。气膜传质
系数 kY 1.5105 kmol /(m2 s) 液膜传质系数 kX 3.5103 kmol /(m2 s) 气液平
衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数m=0.7。总压为101.325kPa。试求：
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tm，逆流
t1 t2 ln t1
t2
70 40 ln 70
53.6o C
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tm，并流
t1 t2 ln t1
t2
100 10 ln 100
39.1o C
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5-4 100g水中溶解1gNH3，查得20oC时溶液上方NH3平衡分压798Pa。此 烯溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E（单位为kPa）、 溶解度系数H [单位为kmol/(m3·kPa)]和相平衡常数m。总压为100kPa。
解：（1） G(Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
通过 L Y1 Y2 G min X1,max X 2
算出最小液气比：（L/G）min （2）解题过程类似于（1）小题
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化工原理第一章习题课
化工原理第一章习题课(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。
3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。
21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的倍；管路两端压差为水的 倍。
6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。
则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。
)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。
4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆，R ；（变大，变小，不变）。
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
化工原理第三版(讲课用)PPT课件
七、教学安排 1. 理论课 108学时+课程设计2周+实验 2. 理论课安排 3. 考核
八、 参考书
1. 王志魁.化工原理(第三版). 北京：化学工出版 社,2005
2. 陈敏恒.化工原理(上下册). 北京：化学工出版 社,2000
3. 何潮洪，窦梅，朱明乔，等.化工原理习题精解 (上册).北京：科学技术出版社,2003
2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux＝fx(x，y，z，t)
uy＝fy(x，y，z，t) uz＝fz(x，y，z，t)
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动：流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动：流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
二、流体质点与连续性假设 1. 质点的含义 质点：由大量分子构成的集团(微团)，是保持流 体宏观力学性的最小流体单元，从尺寸说是微观上充 分大，宏观上充分小的分子团。 微观上充分大 分子团的尺度>>分子的平均自由程 对分子运动作统计平均，以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸 物理量都可看成是均匀分布的常量
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
五、 化工过程计算的理论基础
化工过程计算的类型：设计型计算和操作型计算
化工原理蒸馏
6.4.4 进料热状况的影响及q线方程
§6.4 二元连续精馏塔的计算
计算项目： 塔顶（或塔底）产量和浓度
D, xD
L
F, xF
V
塔内物流量
回流量 塔板数或填料层高度 进料位置 塔径
L
V
W, xW
6.4.1 全塔物料衡算
F D W FxF Dx D WxW
F－原料流量，kmol/h D－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/h W－塔底产品（釜液）流量，kmol/h xF – 原料中易挥发组分的摩尔分数 xD – 馏出液中易挥发组分的摩尔分数 xW – 釜液中易挥发组分的摩尔分数
p P
0 A
0 P pB 0 p 0 pB A
B ln p A t C
0
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
对于混合液中的某一组分 i，挥发度i 定义为:
pA vA xA
vB pB xB
显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：
0 A p 0 ， B pB A
6. 3 蒸馏方式
1、简单蒸馏
1） ．流程及特点
特点： ①间隙、不稳定；
简 单 蒸 馏 平 衡 蒸 馏 精 馏
t B
②分离程度不高
y x W1,x1 加热 WD, xD
A x2 x1 x或y
x2
W2
xD
2、平衡蒸馏
简 单 蒸 馏 平 衡 蒸 馏 精 馏
又称闪蒸 1）． 流程及特点
合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液 相组成及汽相组成之间的关系。
§6.2 双组分溶液的气液相平衡
二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有： 温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。
§6.4 二元连续精馏塔的计算
计算项目： 塔顶（或塔底）产量和浓度
D, xD
L
F, xF
V
塔内物流量
回流量 塔板数或填料层高度 进料位置 塔径
L
V
W, xW
6.4.1 全塔物料衡算
F D W FxF Dx D WxW
F－原料流量，kmol/h D－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/h W－塔底产品（釜液）流量，kmol/h xF – 原料中易挥发组分的摩尔分数 xD – 馏出液中易挥发组分的摩尔分数 xW – 釜液中易挥发组分的摩尔分数
p P
0 A
0 P pB 0 p 0 pB A
B ln p A t C
0
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
对于混合液中的某一组分 i，挥发度i 定义为:
pA vA xA
vB pB xB
显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：
0 A p 0 ， B pB A
6. 3 蒸馏方式
1、简单蒸馏
1） ．流程及特点
特点： ①间隙、不稳定；
简 单 蒸 馏 平 衡 蒸 馏 精 馏
t B
②分离程度不高
y x W1,x1 加热 WD, xD
A x2 x1 x或y
x2
W2
xD
2、平衡蒸馏
简 单 蒸 馏 平 衡 蒸 馏 精 馏
又称闪蒸 1）． 流程及特点
合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液 相组成及汽相组成之间的关系。
§6.2 双组分溶液的气液相平衡
二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有： 温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。
化工原理第一章习题课
同样c对 ,d进行分析，R2得 ： Hf,cd; (Hg)g
Hf , a bHf , cd,R1 R2
3.圆管内连续定态流动时
u2
u1
d1 d2
2
4.某截面上u可由柏努利方程式求算（其余参数已知）
5.流速（流量）测量
变压差（定截面）流量计：测速管、孔板、文丘里等
变截面（定压差）流量计：转子流量计
机械能衡算方程
we
gzu2 2
Pwf
J/kg
P
——静压能（流动力），J/kg
1.理想流体是指
的流体。
2.当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳 定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力?
3.水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量保持 恒定，当水温升高时，Re值将 （A）变大，（B）变小 （C）不变 （D）不确定
4.层流及湍流的本质区别是 （A）湍流流速大于层流速 （B）流动阻力大的为湍流，流动阻力小的为层流 （C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺言数 （D）层流无径向脉动，而湍流有径向脉动
we——净功（或有效功），J/kg
1.不含输送机械的流动系统we=0
2.由we和流体流量ms，求所需有效功率
Newems HgsV W
3. we / g H m，压头，选泵的主要依据之一
4.ms由连续性方程计算，即
ms VsuAGAkg/s
Gu ——质量流速， kg/(m2.s)
机械能衡算方程
we
gzu2 2
Pwf
J/kg
wf wf wf '——管路总阻力，J/kg
1.静止流体或理想流体 wf 0
3.局部阻力
2.直管阻力
Hf , a bHf , cd,R1 R2
3.圆管内连续定态流动时
u2
u1
d1 d2
2
4.某截面上u可由柏努利方程式求算（其余参数已知）
5.流速（流量）测量
变压差（定截面）流量计：测速管、孔板、文丘里等
变截面（定压差）流量计：转子流量计
机械能衡算方程
we
gzu2 2
Pwf
J/kg
P
——静压能（流动力），J/kg
1.理想流体是指
的流体。
2.当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳 定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力?
3.水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量保持 恒定，当水温升高时，Re值将 （A）变大，（B）变小 （C）不变 （D）不确定
4.层流及湍流的本质区别是 （A）湍流流速大于层流速 （B）流动阻力大的为湍流，流动阻力小的为层流 （C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺言数 （D）层流无径向脉动，而湍流有径向脉动
we——净功（或有效功），J/kg
1.不含输送机械的流动系统we=0
2.由we和流体流量ms，求所需有效功率
Newems HgsV W
3. we / g H m，压头，选泵的主要依据之一
4.ms由连续性方程计算，即
ms VsuAGAkg/s
Gu ——质量流速， kg/(m2.s)
机械能衡算方程
we
gzu2 2
Pwf
J/kg
wf wf wf '——管路总阻力，J/kg
1.静止流体或理想流体 wf 0
3.局部阻力
2.直管阻力
化工原理课件PPT
物理量的基本量的量纲为其本身。
SI量制中7个基本量的量纲符号：
L(长度) 、 M(质量) 、 T(时间) 、 I(电流) 、 (热力学温度) 、N(物质的量) 、J(发光强度) 。
导出量 的量纲表达式：
dQ im L M T I N J
dim—量纲符号 ,； ，—量纲指数或因次。
华东交大化工原理电子课件
表0-1 国际单位制的基本单位
量的名称
单位名称
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
米 千克
秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉
单位符号
m kg s A K mol cd
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表0-2 国际单位制的辅助单位
量的名称
平面角 立体角
单位名称
弧度 球面角
单位符号
rad sr
华东交大化工原理电子课件
一、物质的量浓度与物质的量分数
1.物质的量浓度
ci
ni V
2.物质的量分数
对于液体混合物： 其中，
xi
ni n
nn 1n 2 n i
x 1x2 xi 1
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二、物质的质量浓度与物质的质量分数
1.物质的质量浓度 2.物质的质量分数
i
mi V
对于液体混合物：
i
mi m
其中，
最终状态就是体系的平衡状态。
四、传递速率
传递速率
推动力 阻力
五、 经济核算
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和
材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用
的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经
济核算确定最经济的设计方案。
SI量制中7个基本量的量纲符号：
L(长度) 、 M(质量) 、 T(时间) 、 I(电流) 、 (热力学温度) 、N(物质的量) 、J(发光强度) 。
导出量 的量纲表达式：
dQ im L M T I N J
dim—量纲符号 ,； ，—量纲指数或因次。
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表0-1 国际单位制的基本单位
量的名称
单位名称
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
米 千克
秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉
单位符号
m kg s A K mol cd
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表0-2 国际单位制的辅助单位
量的名称
平面角 立体角
单位名称
弧度 球面角
单位符号
rad sr
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一、物质的量浓度与物质的量分数
1.物质的量浓度
ci
ni V
2.物质的量分数
对于液体混合物： 其中，
xi
ni n
nn 1n 2 n i
x 1x2 xi 1
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二、物质的质量浓度与物质的质量分数
1.物质的质量浓度 2.物质的质量分数
i
mi V
对于液体混合物：
i
mi m
其中，
最终状态就是体系的平衡状态。
四、传递速率
传递速率
推动力 阻力
五、 经济核算
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和
材料的不同，可以有若干设计方案。对同一台设备，所选用
的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。因此，要用经
济核算确定最经济的设计方案。
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从图中看到，当Re<2000时：λ与Re成直线关系，即有：
λ=64/Re，这时阻力计算公式就是泊肃叶公式。这时Hf∝u 当2000<Re<4000时过渡流：这时λ的计算较复杂，一般可将
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2、实际流体柏努力方程
流体流动需要一定的能量，而且流体流动过程中还存在摩擦阻力，也要消耗能 量，这就需要采用泵或风机给流体施加能量。即存在能量输入、损失。
第一章 绪论
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P 64 L u2
Re d 2
……（3）
三个式子都是流体在直圆形管道层流流动时摩擦阻力的计算公式，也叫 哈根—泊肃叶公式。可见层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数： λ=64/Re
第一章 绪论
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（二） 而对于湍流形态λ如何求λ？
1、 λ的图解法
p1
gZ1
p2
gZ2
… （2）
P2=P1+ h.ρ.g …… （3）
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（二）流体静力学基本方程式的物理意义
1、由（1）式得。在容器中，某处的压强大小仅与其位置的高低
有关，与水平位置无关。（推广：静止的同一种连通的流体，在
同一水平面上各点所受到的压强相等---等压面）。
从1-1截面到2-2截面进行衡算，对mkg流体进行衡算得：
对单位质量(每kg)流体进行衡算： 对单位重量(每N)的流体进行衡算：
第一章 绪论
（1） （2）
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上面的式子都是实际流体的伯努利方程， 实际流体伯努利方程的物理意义： 1）当流体处于静止状态，则柏努力方程变为了流体静力学方程 2）总机械能（或总压头）之和为一常数，且可以相互转换。 3） He：是指外界施加给单位重量的流体的能量，【J/N】。也叫
第一章 绪论
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根据单元操作所遵循的规律，将其划分为：
（1）质量传递
（2）热量传递
（3）动量传递
1.3 常用基本概念 （1）物料衡算：质量守恒定律在化工中的应用 （2）能量衡算：能量守恒定律在化工中的应用
1.4 单位：制国际单位制SI
第一章 绪论
**理想流体柏努力方程的物理意义：
①机械能守恒；
②机械能之和为一常数，且它们之间可以相互转化；
③当流体流速u=0，则柏努力方程变为了流体静力学方
程，说明流体静力学方程是柏努力方程的一个特例，也具
有静力学方程的意义。
第一章 绪论
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伯努利方程的几何意义
三、稳态流动时的物料衡算式——连续性方程
研究对象：连续性流体、不可压缩、稳态流动
第一章 绪论
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对该系统进行物料衡算：对不可压缩流体
qm1 = qm2 ；
u1.A1.ρ1 = u2.A2.ρ2
…（1）
…（2）
（1）（2）两式都叫稳态流动时的物料衡算式—连续 性方程。对于圆形管路， （2）式变形得：
第一章 绪论
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一、直圆形管道阻力的通用公式
范宁公式对于层流、湍流都适用。只是两种情况下不摩擦系 数λ不同。
第一章 绪论
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（一）流体层流流动时的摩擦阻力计算公式
……（1） ……（2）
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三、静力学基本方程的应用—关键是找准等压面
1. 压力及压差的测量 1）U型压差计
2)双液体U管压差计—微压计 3)倒U形压差计
2.液位测量 1）玻璃管液面计 2）远距离控制液面计
3、液封高度的计算
第一章 绪论
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实验揭示出，当流体充满管道作稳定流动时，流体的流动形态 可以分为二类： 2.1 滞流形态（层流形态）： 2.2 湍流形态（紊流形态） 2.3 如何来判断流体的流动形态？
雷诺通过因次析，得到一个无因次的数群，也叫雷诺准数：
第一章 绪论
Re du
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① 当Re＜2000时，为滞流形态；
② Re＞4000时，为湍流形态；
③ 2000＜ Re ＜ 4000时，为过渡状态。
Re的物理意义：
（1）是判断流体流动形态的依据。
（2）反映流体流动的湍流程度。
(3)可变形为： Re=duρ/μ=ρu2/μu/d，体现惯性力与粘性力
之比。
根据Re准数的大小将流动分为三个区域：层流区、过渡区、湍 流区，但流动类型只有两种：层流与湍流。
和实际流体。（黏度）
（4）按流体的流变特性分为牛顿型和非牛顿型流体。（牛
顿黏性定律）
第一章 绪论
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3、流体的密度
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单位体积流体的质量称为流体的密度ρ 。
m V
kg/m3
3.1 液体密度
液体混合物
1 w1 w2 wn
1 2
n
wi—质量分数
动能：流体因流动而具有的能量。
第一章 绪论
能量的单位J
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（二）流体稳态流动时能量衡算式—理性流体柏努力方程
gH 1
1
u2 1
P1
gH
2
1
u2 2
P2
2
2
（1）
（1）式中每一项都表明每kg流体所具有的各种机械能单位为【J/kg】
若（2）式两边同除以g,则有：
说明在质量流量不变的情况下，流速与管道截面积成反比。
第一章 绪论
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四、稳态流动的能量衡算式—柏努力方程
（一）流体流动过程中的能量形式
位能：流体在重力作用下，因距离基准面有一定的 高度而具有的能量。 （重力势能）
机械能 静压能：流体因被压缩而能向外膨胀做功的能力。
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（三）流速与流量的关系：
1、qv=u.A ；【 m3.S-1】 =u.A×3600【 m3.h-1】
2、qm=ρ.u.A ； 【 kg.S-1】
qm=ρ.u.A×3600 ； 【 kg.h-1】 3、qm=qv.ρ
第一章 绪论
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第三节 流体动力学
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一、稳态（定态）流动：与流体流动相垂直的任一
截面上，流体的物理性质与流动参数均不随时间
的变化称为稳态流动。
二、流体的流量与流速
（一）流体的流量
体积流量qv：
m3.S-1；
质量流量qm：
kg.S-1；
（二）流速u：单位是：m/s。
第一章 绪论
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绝压/表压/真空度的关系
第一章 绪论
PA,绝
PA（表）
大气压线
P大气压
P（真空度）
PB,绝 绝对零压线
8
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第一章 绪论
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第二节 流体静力学
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一、静压力特性 （1）流体静压强的方向总是和作用面垂直且指向该作用
➢ 基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10.33mH2O =760mmHg
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绝压 ---以绝对零压作为基准
压强大小的两种表征方法 表压 ---以当地大气压为基准
第一章 绪论
7
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表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强 表压强=-真空度
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第一章 流体流动和输送机械
本章内容和重点
[教学内容]
§1.1 流体基本性质 §1.2 流体静力学 §1.3 流体的动力学 §1.4 流动内部结构 §1.5 流体流动阻力 §1.6 管路计算 §1.7 流体流速、流量测量 §1.8 流体输送设备
1 z1
u22/2g
p2/ρg 2
u32/2g p3/ρg
3 z3
图伯努利方程的几何意义
第二化章 学流化体工流动学院
Z — —位能头，m u2 — —动压头，m 2g p — —静压头，m g
第一章 绪论
Fundamentals of Chemical Engineering 教程首页 本章首页 上一页
外加压头或有效压头。 Hf：是指每单位重量流体流动因摩擦阻力而消耗的能量。称压 头损失。 各截面处位能、动能和静压能为状态参数。He和Hf为过程参数。
第一章 绪论
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五、伯努利方程的应用
1、注意仔细审题，明确已知条件和未知条件，找出解题思路。