食品工程原理流体流动14
食品工程原理-流体流动和输送
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（三）柏努里方程式的应用 • 利用柏努里方程与连续性方程，可以确定：容器间的
相对位置；管内流体的流量；输送设备的功率；管路中流 体的压力等。
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【例2-3】 如图用虹吸管从高位槽 向反应器加料，高位槽和反应器 均与大气连通，要求料液在管内 以1 m/s的速度流动。设料液在管 内流动时的能量损失为20 J/kg （不包括出口的能量损失），试 求高位槽的液面应比虹吸管的出 口高出多少？
失。
gz1
u12 2
p1
We
gz2
u22 2
p2
hf
gz u2 2
p
We
hf
上式为不可压缩实际流体的机械能衡算式，它不限于理 想流体，通常也称为柏努里方程。
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不可压缩实际流体柏努里方程的三种形式：
gz
u2
2
p
We
p f
gz1
u12 2
p1
We
gz2
u22 2
p2
hf
z
u2 2g
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则体系进行机械能衡算得：gz1来自u12 2p1
gz2
u22 2
p2
• 上式称为柏努里（Bernoulli）方程，说明理想流体进出 体系的机械可以互相转换，但总机械能是守恒的。
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• （3）实际流体的柏努里方程
•
实际流体在流动过程中，流体内部及流体与管内壁
产生摩擦，分子之间的摩擦力将不可避免地造成机械能损
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第一节 流体静力学基本方程
食品工程原理 流体流动PPT课件
1
K-K
Zs
ps s
离心泵的安装高度
第25页/共46页
一、汽蚀现象
当pkpv， 叶轮中心汽化汽泡
被抛向外围
压力升高 凝结局部真空
周围液体高速冲向汽泡中心
撞击叶片(水锤)
• 伴随现象
①泵体振动并发出噪音
②H, qv , 严重时不送液； ③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
第26页/共46页
一、汽蚀现象
离心泵的结构组成
第4页/共46页
一、离心泵的工作原理和主要部件
1.离心泵的工作原理
灌满液体 ，叶轮旋转 离心力甩出液体
泵壳内进行能量的转换
流体被压出 叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入泵内
思考： 流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导 地位？
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
汽蚀现象产生的原因
• 安装高度太高； • 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； • 吸入管路阻力或压头损失太高。
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二、离心泵的安装高度
1、允许吸上真空度
为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大 安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸入口与吸入贮槽 液面间可允许达到的最大垂直距离，以Zs表示。
流体分为液体和气体。 通常，将输送液体的机械称为泵； 将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、 鼓风机、压缩机和真空泵。 流体输送机械按工作原理分为：
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 其他类型：喷射式等
第1页/共46页
离心泵
第2页/共46页
离心泵的外观
第3页/共46页
食品工程原理 实验一 流体流动阻力实验
实验一 流体流动阻力实验一、实验目的1. 了解流体流经管道或管件的直管阻力和局部阻力的测定方法。
2. 了解光滑管和粗糙管对流体流动阻力的影响。
3. 测定流体流过直管的摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。
4. 测定流体流过截止阀、变径管件（扩大、缩小）时的局部阻力系数。
二、基本原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起流体压力损失。
流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力和局部阻力。
1. 直管阻力流体流过直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可用下式表示（J/kg ） (1)式中： h f :直管阻力损失，J/kg ；l:直管长度，m ；d:直管内径，m ；u :流体的速度，m/s ；λ :摩擦系数。
在一定的流速和雷诺数下，测出阻力损失，按下式即可求出摩擦系数(2) 阻力损失可通过对两截面间作机械能衡算求出 (3) 对于水平等径直管， , 上式可简化为(4)式中：p 1-p 2:两截面的压强差，N/m 2；ρ:流体的密度，kg/m 3。
压强差p 1-p 2由U 形压差计测定，即：gR p f )(ρρ-=∆只要测出两截面上静压强的差即可算出h f 。
两截面上静压强的差可用U 形管或倒U 型管压差计测出。
流速由流量计测得，在已知d 、u 的情况下只需测出流体的温度t ，查出该温度下流体的ρ、μ，则可求出雷诺数Re ，从而得出流体流过直管的摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。
2. 局部阻力流体流过阀门、扩大、缩小等管件时，所引起的阻力损失可用下式计算（J/kg）(5)式中为局部阻力系数, 的值一般都由实验测定。
计算局部阻力系数时应注意扩大、缩小管件的阻力损失h f的计算。
三、实验装置流程和主要设备1. 实验装置流程流体流动阻力实验装置流程图如图所示。
流体流动阻力实验装置流程图1.循环水槽2.离心泵3.流量调节阀4,5.球阀6,7.转子流量计8,9,10.管路切换球阀11.取压点12.粗糙管13.光滑管14.突然扩大15.突然缩小16.截止阀17.进水管18.排污阀19.压差计2. 主要设备（1）供水系统：循环水箱(1220×600×800mm)、离心泵。
《食品工程原理》第一章 流体流动
4
2
流体流动
2．流体静力学方程式的应用
（1）压力的测量 ①U形管压差计。U形管压差计的结构如图1-3所示，在 一根U形的玻璃管内装液体，称为指示液，指示液要与所测 流体不互溶，不与被测流体发生化学反应，要有颜色便于 读数，其密度要大于所测流体的密度。
流体流动
图1-3
U管压差计
流体流动
如图1-3，设指示液A的密度为ρ A,被测流体B的密度为 ρ
流体流动
再由式 ρ m=pM 均
RT
计算
已知
p=100kN/m2
T=400K R=8.314J/mol.K
所以
100 28.8 8.314 400
=0.87kg/m3
流体流动
例1-2 值。 已知乙醇水溶液中，按质量分数计，乙醇的含
量为95%，水分为5%。求此乙醇水溶液在293K时的密度近似
处于静止状态的液柱，各个力代数和为零，取向上作 用的力为正，向下作用的力为负，可得 p2A-p1A- ρ gAh=0 则 p2=p1+ ρ gh （1-11） 若以容器底为基准面，则上式可写成 p2=p1+ ρ g（z1-z2） （1-12） 式中 p1—作用于液柱上底面向下的压力，N/m2； p2—作用于液柱下底面向上的压力，N/m2； z1,z2—液柱上底面及下底面至容器底面的距离，m。 式（1-11）、式（1-12）即为流体静力学方程式表达式， 流体静力学方程式
=
（1-2）
式中
流体流动
③流体的密度计算：流体的密度一般可在有关手册中查 得，常见气体和液体的密度数值见附录。 a.液体密度的计算 纯组分液体密度的计算： = m V 液体混合物密度的计算：液体混合物的组成常以质量分 数表示，要计算其密度，可取1 kg混合液体为基准，设各组 分在混合前后其体积不变，则1 kg混合液体的体积应等于各 组分单独存在时的体积之和，即 X w1 X w2 X wn 1 （1-3） L m 1 2 n 式中 ρ 1, ρ 2,„ ρ n——液体混合物中各纯组分液体在混 合液温度下的密度，kg/m3； Xw1,Xw2,„Xwn——液体混合物中各组分液体的质量分数。
食品工程原理(赵思明编)思考题与习题参考答案
思考题与习题参考答案绪论一、填空1、经济核算2、物料衡算、经济核算、能量核算、物系的平衡关系、传递速率3、液体输送、离心沉降、混合、热交换、蒸发、喷雾干燥二、简答1、在食品工程原理中，将这些用于食品生产工艺过程所共有的基本物理操作过程成为单元操作。
例如，奶粉的加工从原料乳的验收开始，需要经过预热杀菌、调配、真空浓缩、过滤、喷雾干燥等过程；再如，酱油的加工，也包含大豆的浸泡、加热、杀菌、过滤等工序，这两种产品的原料、产品形式、加工工艺都有较大的不同，但却包含了流体的输送、物质的分离、加热等相同的物理操作过程。
2、“三传理论”即动量传递、热量传递和质量传递。
（1）动量传递理论。
随着对单元操作的不断深入研究，人们认识到流体流动是一种动量传递现象，也就是流体在流动过程中，其内部发生动量传递。
所以凡是遵循流体流动基本规律的单元操作都可以用动量传递理论去研究。
（2）热量传递理论。
物体在加热或者冷却的过程中都伴随着热量的传递。
凡是遵循传热基本规律的单元操作都可以用热量传递的理论去研究。
（3）质量传递理论。
两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作都可以用质量传递的理论去研究。
例如，啤酒的灭菌（热量传递），麦芽的制备（动量传递，热量传递，质量传递）等。
三传理论是单元操作的理论基础，单元操作是三传理论具体应用。
3、单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。
物料衡算遵循质量守恒定律，是指对于一个生产加工过程，输入的物料总量必定等于输出的物料总质量与积累物料质量之和。
能量衡算的依据是能量守恒定律，进入过程的热量等于离开的热量和热量损失之和。
平衡状态是自然界中广泛存在的现象。
平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。
过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以减小。
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。
(汇总)《食品工程原理》第一章 流体流动.ppt
i 1
液体混合物密度
1 n wi
ρm ρ i1 i
比容（specific volume）
v V/m 1/ρ
.精品课件.
4
1.1B 压力
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的 压强，习惯上称为压力（pressure), 符号为 p,
法定计量单位: Pa。
流体的压力有三种表示方法：
1.绝对压力 pab (absolute pressure)
1080
2
Pe
wqm
206
4500 3600
258W
P Pe /η 258/0.65 397W
.精品课件.
23
应用柏努利方程解题时注意：
（1）绘系统的示意图； （2）选取上游和下游截面，截面
应与流动方向相垂直；
（3）基准面选取应便于计算；
（4）各量的单位必须一致，静压力都用绝对压
力，或者都用表压。
du/dy ●非牛顿型流体（non-Newtonian fluid）
不符合牛顿黏性定律的流体。
表观黏度（apparent viscosity）：
μa
τ du/dy
不是常数,随du/dy变
◆时变性非牛顿流体
（time-dependent non-Newtonian fluid）
▲触融性流体
▲触凝性流体
化的流动
本图中： qm(in)> qm(out)
qm(in)
稳定流动
qm(in)< qm(out) 不稳定流动
1 qm(out)
1′
.精品课件.
15
1.3C 连续性方程
1
1′
管内稳定流动 qm,1= qm,2
食品工程原理重点知识讲解
食品工程原理复习第一章 流体力学基础1.单元操作与三传理论的概念及关系。
不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。
这些基本的物理过程称为 单元操作 动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。
凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，均可用动量传递的理论去研究。
热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。
凡是遵循传热基本规律的单元操作，均可用热量传递的理论去研究。
质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去研究。
单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用。
同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。
牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。
μ比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈大。
所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度3.理想流体的概念及意义。
理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。
理想流体的假设，为工程研究带来方便。
4.热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有物质。
边界可以是真实的，也可以是虚拟的。
边界所限定空间的外部称为外界。
5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）仅随位置而变化，不随时间而变。
6．流体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。
7.1kg理想流体在管道内作稳定流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。
8. 实际流体与理想流体的主要区别在于实际流体具有黏性，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于实际流体柏努利方程中有阻力损失项。
食品工程原理练习题参考答案
《食品工程原理》练习题提示第一章 流体流动 一、填空题1、50.44mmHg （真空度）；149.8mmHg （表压）。
2、时间，流动系统内无质量积累，ρ1u 1A 1=ρ2u 2A 2。
3、1.6×10-4m 3/s4、总机械能，沿程阻力，局部阻力。
5、泵的特性曲线，管路特性曲线，工作点。
6、扬程，流量，转速。
7、管路特性曲线，效率点。
8、吸上真空度法，汽蚀余量法。
9、泵的特性曲线，管路特性曲线，最高效率点。
10．1/16，1/32，流体有粘性。
12、20)(2u gR ρρρζ-=13、扬程增大倍数为1倍，1.2倍。
14、用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化。
15、计量泵、齿轮泵、螺杆泵。
16、在叶轮入口处由离心力所产生的真空度不够大 , 不足以吸上液体；泵内灌液。
17、叶轮入口处的压力等于液体的饱和蒸汽压，使液体发生部分汽化。
18、减小吸入管路的阻力；增大供液池上方压力。
19、旁路调节、改变活塞冲程、活塞往复次数。
20、泵内灌液；关闭出口阀；出口阀。
21、一次方；二次方。
22、静压头。
23、点速度，平均速度。
二、选择题 1、D ；2、C3、某设备进出口的压力分别为220mmHg （真空度）及 1.6kgf/cm 2（表压），若当地大气压为760mmHg ，则该设备进出口压力差为（ c ）C 、1.86×105Pa4、关于流体流动的连续方程式：A 1u 1ρ1=A 2u 2ρ2，下列说法正确的是（ A ） A 、它只适用于管内流体的稳定流动 B 、它只适用于不可压缩理想流体C 、它只适用于管内流体的不稳定流动D 、它是流体流动的普遍性方程，可适用于一切流体流动5、B ；6、D ；7、A ；8、D ；9、B ；10、C ；11、D ；12、C ；13、D ；14、D ；15．Ｄ。
三、问答题1．回答文氏管的工作原理和应用。
（P46） 四、计算题1、解：根据题意，设贮槽液面为1-1`面，管出口截面为2-2`面，列柏努方程：Z 1+g P ρ1+g u 221+H=Z 2+g P ρ2+gu222+∑f h液柱）绝压绝压m H s m dQu h u KPa P KPa P m Z m Z f (7.225.481.9284.181.91010022018)/(84.105.0436001345.4,0),(220)(100,20,22322212121=+⨯+⨯-+=∴=⨯⨯========∑ππ2、解：选择泵排出口液面为1-1`面及出口管液面为2-2`面， 由1-1`面2-2`面列柏努利方程：gZ 1+ρ1P +221u+We=gZ 2+ρ2P +222u +∑f L因为u 1=u 2=0，∑++-=fLP Z Z g P ρρ2121)(∑∑∑∑+=+=222221u u d l L L Lf f fζλ，代入数字可得∑=23.18f L)(10313.123.189851081.986.0381.9985541Pa P ⨯=⨯+⨯⨯+⨯⨯=∴3、解：根据题意，设高位槽液面为1-1`面，管出口截面为2-2`面，列柏努利方程：Z 1+g P ρ1+g u 221=Z 2+g P ρ2+gu222+∑hf)/(61.2,23181.92)231(25231,0,0,522222212121s m u u u u g u u h u P P m Z Z f =∴++⨯=++=+=====-∑)/(7.864)/(24.0106.1414.361.243322h m s m d u uA Q ==⨯⨯=⨯==∴π4（P78习题1）、解：根据题意，由柏努利方程，得：2920800,221222122u u u u P-=∴-=∆ρ 又21221221259,259)2012()(u u d d u u =∴===代入上式 )/(413.12s m u =∴)/(10599.1)012.0(414.3413.1434222222s m d u A u Q -⨯=⨯⨯=⨯==∴π5（P79习题11）、解：如图，由1-1`和2-2`列柏努利方程：Z 1+g P ρ1+g u 221+H=Z 2+g P ρ2+gu222+∑f h又因为Z 2-Z 1=2，P 1=P 2，u 1=0∑∑++=++∆=∴f f h guh g u Z H 2222222又42221039.1007.0124091.2027.0Re ),/(91.2027.04360064⨯=⨯⨯===⨯⨯==u du s m d Qu ρππ039.0,0074.0027.00002.0=∴==λεd291.2)26(291.2027.050039.0222321222⨯+⨯++⨯+⨯⨯=+=∴∑∑ζζζζζλu u d l L f代入数字可得结果为364.4(J/㎏)所以 H=2+)(58.3981.94.36481.9291.22m =+⨯6、解：列泵进口和出口间的能量方程Z 1+g P ρ1+g u 221+H=Z 2+g P ρ2+gu222+∑f hZ2-Z1=0.7m,u1=u2,p1=-140mmHg,p2=1.9atm,∑fh≈0则%6.60%100120023.223600/1281.91000%10023.2281.91000101325760/1401013259.17.0=⨯⨯⨯⨯=⨯==⨯⨯+⨯+=P P mH e η第二章 传热一、填空题 1、)ln()()(12211221t T t T t T t T -----；2、热传导，牛顿冷却，无因次准数；3、对流传热，热传导； 4、传热系数，传热面积，传热温差（对数平均温差）。
1.食品工程原理流体流动
因此，水在输送管内的实际操作流速为：
u 1.62m/s u qvv 00..778855dd22
30 0.785(0.081)23600
所选管径合适
3、稳定流动与不稳定流动
稳定流动(steady flow) ：流体在管道中流动时，在任
一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改
变。 (p16)
(3) 管道直径的估算(经济性原则）
若以d表示管内径，则式u＝qV/A 可写成
u qv
qv
π4 d2
0.785d 2
d
qv 0.785u
流量一般为生产任务所决定，而合理的流速则应 根据经济权衡决定，一般液体流速为0.5～3m/s。气 体为10～30m/s。某些流体在管道中的常用流速范围， 可参阅有关手册。(P16)
换算关系：
1标准大气压(atm)=101325Pa =1.0330kgf/cm2 =1.0133bar(巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
绝对压力Pab（absolute pressure） ：以绝对真空(即零大气
压)为基准。
表压Pg(gauge pressure)：以当地大气压为基准。它与绝对
单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称
q 为体积流量，以 V表示，其单位为m3/s。 质量流量 (mass flow rate) qm, kg/s
单位时间内流体流经管道任一截面的质量，
称为质量流量，以qm表示，其单位为kg/s。体积流
量与质量流量之间的关系为：
qm=ρqV
2、流速 (1) 平均流速 (average velocity) u, m/s
u＝qV/A
流量与流速关系为：
食品工程原理重点知识讲解
食品工程原理复习第一章 流体力学基础1.单元操作与三传理论的概念及关系。
不同食品的生产过程应用各种物理加工过程，根据他们的操作原理，可以归结为数个应用广泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、制冷、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。
这些基本的物理过程称为 单元操作 动量传递：流体流动时，其内部发生动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。
凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，均可用动量传递的理论去研究。
热量传递 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。
凡是遵循传热基本规律的单元操作，均可用热量传递的理论去研究。
质量传递 : 两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作，均可用质量传递的理论去研究。
单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的具体应用。
同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础2.粘度的概念及牛顿内摩擦(粘性)定律。
牛顿黏性定律的数学表达式是y u d d μτ±= ，服从此定律的流体称为牛顿流体。
μ比例系数，其值随流体的不同而异，流体的黏性愈大，其值愈大。
所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度3.理想流体的概念及意义。
理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。
理想流体的假设，为工程研究带来方便。
4.热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有物质。
边界可以是真实的，也可以是虚拟的。
边界所限定空间的外部称为外界。
5.稳定流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）仅随位置而变化，不随时间而变。
6．流体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。
7.1kg理想流体在管道内作稳定流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不同形式的机械能可以相互转换。
8. 实际流体与理想流体的主要区别在于实际流体具有黏性，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于实际流体柏努利方程中有阻力损失项。
食品工程原理第一章 流体流动
（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何 变化？ d1
d2
d3
解 (1)根据式(1-15)，则
u1
V A1
4103 ( 2.510 2 ) 2 4
8.15m / s
(2) 各截面流速比例保持不变，流量增至8L/s时，流量增 为原来的2倍，则各段流速亦增加至2倍，即
K：热力学温度（绝对温度）
2液体混合物:
液体混合时，体积往往有所改变。若混合
前后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的
体积之和，则可由下式求出混合液体的密度ρ m。
m
1
1
n
a1
2
a2
n
an
式中 α 1、α 2、…，α
kg/m3；
——
n
液体混合物中各组分的质量分率；
ρ 1、ρ 2、…，ρ ρ
帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位);
标准大气压, atm;
某流体在柱高度; bar（巴）或kgf/cm2等。
换算关系： 1标准大气压(atm)=101300Pa =10330kgf/m2 =1.033kgf/cm2(bar, 巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
m
——
液体混合物中各组分的密度，
——
液体混合物的平均密度，kg/m3
相对密度 流体在某温度下的密度与4℃纯水的密度比值
3 比体积 v
单位质量流体的体积，称为流体的比体积 ， 用符号v表示，单位为m3/kg，则
v
V m
1
亦即流体的比容是密度的 倒数。
食品工程原理
一、名词解释（每题2分，共10分）1.相对密度：2.出汁率：3.沉降：4.离心分离因数：5.粒度：6.筛分效率：7.乳化：8.热传导：9.热对流：10.热辐射：11.浸出：12.吸附：13.过饱和度：14.单效蒸发：15.多效蒸发：16.冻结：17.灰体的黑度：18.对流传热系数：二、填空题（每空1分，共20分）1. 流体的流动状态类型可用雷诺数来表示，当(Re<2000)时，流体流动属于(层流)，当(Re>4000)时，流体流动属于(湍流)，当(2000<Re<4000)之间时，流体流动属于（过渡状态)。
2流体流过任一截面时，需要对流体作相应的（功），才能克服该截面处的流体压力，所需的功，称为（静压能）。
13.离心机按分离因数分类时，常速离心机的分离因数为（K＜3000），高速离心机的分离因数为（3000＜K＜5000），超高速离心机的分离因数为（K＞5000）。
4.固体颗粒在层流中发生沉降时，主要的沉降过程为（匀速）阶段。
5. 根据斯托克斯公式，影响沉降速度的因素为(颗粒的粒径)、(分散介质的粘度)和(两相密度差)。
6.离心分离的分离因数是表示分离强度的参数，它等于物料受到的（离心加速度）与（重力加速度）之比。
7.可用作过滤介质的材料很多，主要可分为（织状介质）、（固体颗粒整体层）、（多孔固体介质）和（多孔膜介质）。
8.乳化是处理两种通常不互溶的液体的操作，生成乳化液，按照内、外相的不同，分为（W/O）型和（O/W）型。
9.乳化液中，如牛奶与冰激凌是水较多，油较少的类型为（O/W）。
10.乳化液中，黄油与人造奶油是油较多，为（W/O），水较少，为(W/O）的类型。
11.过滤操作一般可以分为（过滤）、（洗涤）、（干燥）和（卸料）四个阶段。
12.在生产中的多数沉降过程是在层流区内进行的，影响沉降速度的因素有（颗粒直径）、（分散介质黏度）、（两相密度差）。
13.离心分离是利用（惯性离心力）的作用来分离悬浮液、乳浊液的操作。
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
食品工程原理答案-PPT
理量以新单位表示。
这类公式换算得原则就是:原来给出得公式就是成 立得,故应将新单位下得物理量(加“′”表示)还 原到公式所要求得单位后,将还原后得物理量代入 原公式,再变化。
此为“还原”法则。
例:总传热系数K得经验式为:
3.28 ft
ft
0.305 即为 ft 换为 m 的换算因数。
两个相同得物理量之比为纯数1,其数字部分即为 换算因数,但要将目标(要换算到得单位)单位得物 理量放在分子上,用此法不容易产生错误。
例:工程单位制中,基本物理量就是长度(m)、时间 (s)与力(kgf),而质量就是导出量,问其单位？将工 程制得质量换为SI制kg换算因数怎么写？
processes is unified and simplified、
工业与过程生产线按单元操作分割,以统一与简化 描述。
0、2、2 单元操作得特点
都就是物理操作; 都就是共有得操作; 原理相同,设备通用(不同过程中,设备得个数与排
列顺序当然可以不同)。
0、3 食品工程原理课程得两条主线
物理加工当然进行得就是物理操作,如粉碎、过滤、 蒸发、加热、冷却、干燥等。
对涉及生物、化学加工得食品加工过程而言,过程 得核心应当就是生物化学或化学反应过程与设备 (反应器)。
为了过程得以经济有效地进行,反应器中应保持某 些优惠条件,如适宜得压强、温度、浓度、界面积。
原料必须经过一系列得预处理,以除去杂质,达 到必要得纯度、温度、压强、接触面积等,这 些过程称为前处理。
食品工业中得物理过程或物理操作步骤,对食品工 程师、科研人员及管理人员而言,非常重要。
食品工业过程得这种特点同样出现在化学工业、 制药工业等生产过程中,说明这一些类型得生产过 程得处理原则可以就是相似得。
食品工程原理重点知识讲解
学习资料食品工程原理复习第一章 流体力学基础1. 单元操作与三传理论的观点及关系。
不一样食品的生产过程应用各样物理加工过程，依据他们的操作原理，能够归纳为数个应用宽泛的基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热互换、制冷、蒸发、结晶、汲取、蒸馏、粉碎、乳化萃取、吸附、干燥 等。
这些基本的物理过程称为 单元操作动量传达：流体流动时，其内部发生动量传达，故流体流动过程也称为动量传达过程。
凡是按照流体流动基本规律的单元操作，均可用动量传达的理论去研究。
热量传达 : 物体被加热或冷却的过程也称为物体的传热过程。
凡是按照传热基本规律的单元操作， 均可用热量传达的理论去研究。
质量传达 : 两相间物质的传达过程即为质量传达。
凡是按照传质基本规律的单元操作，均可用质量传达的理论去研究。
单元操作与三传的关系“三传理论”是单元操作的理论基础，单元操作是“三传理论”的详细应用。
同时，“三传理论”和单元操作也是食品工程技术的理论和实践基础2. 粘度的观点及牛顿内摩擦 ( 粘性) 定律。
牛顿黏性定律的数学表 达式是 ，服此后定律的流体称为牛顿流体。
μ比率系数，其值随流体的不一样而异，流体的黏性愈大，其值愈大。
所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度3. 理想流体的观点及意义。
理想流体的粘度为零，不存在内摩擦力。
理想流体的假定，为工du d y4.热力系统：指某一由四周界限所限制的空间内的全部物质。
边仅供学习与参照界能够是真切的，也能够是虚构的。
界限所限制空间的外面称为外界。
5.稳固流动：各截面上流体的有关参数（如流速、物性、压强）仅随地点而变化，不随时间而变。
e1 PV11gZ1u12q w e2PV22gZ2u22 226．流体在两截面间的管道内流动时,其流动方向是从总能量大的截面流向总能量小的截面。
7.1kg 理想流体在管道内作稳固流动而又没有外功加入时，其柏努利方程式的物理意义是其总机械能守恒，不一样形式的机械能能够互相变换。
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Hgmax ? -? h ?
po ? pv
?g
? hf
? -? h ? Hsmax ? hf
1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线 1.4.3离心泵安装高度 1.4.4管路特性
一、离心泵的工作点
离心泵的工作点是由离心泵特性曲线和 管路特性曲线共 同确定的。
1.管路特性曲线
离心泵的结构组成
一、离心泵的工作原理和主要部件
1.离心泵的工作原理
灌满液体 ，叶轮旋转 离心力甩出液体
泵壳内进行能量的转换
流体被压出 叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入泵内
思考： 流体在泵内都获得了什么能量？其中那 种能量占主导地位？
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
逐渐扩大的 泵壳通道
高压流体
思考： 泵启动前为什么要灌满液体
气缚现象
液体未灌满 ρ气<<ρ液
离心力甩不出气体
叶轮中心的真空度不够
吸不上液体 泵无法正常工作
启动与停泵： 关闭出口阀后启动泵， 这时所需泵的轴功率最小， 启动电流较小，以保护电 机。停泵前先关闭出口阀 后再停机，这样可避免水 柱倒冲泵壳内的叶轮叶片， 以延长泵使用寿命 。
p0
?g
-
pk
?g
?
Zs
?
uk2 2g
?
hf ?0-k ?
若液面压强 p0 一定，吸入管路流量 一定（即uk一定），安装高度Zs ↑， ∑hf(0-k)↑，pk↓，当pk↓至等于操作温度 下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即 pk＝pv），液体将发生什么现象？又 会使泵产生什么现象？
1 K-K Zs
ps s
2
2?
H
?
?z?
?p
?g
?
? u2 2g
?
hf
?z
? z ? ? p ? A, ? u2 ? 0
?g
2g
? H ? A? hf
1 p1 1?
1.管路特性曲线
? h f
?
?
??? ?
l?
d
le
? ???
u2 2g
2
2?
? ?
8? l ? ? 2g ( d5
le )Q2
?
BQ 2
?z
H ? A? BQ2
并标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20℃ 的水测 定的。
二、离心泵的特性曲线
4B20离心泵n
由于离心泵的各种损失
30＝2900r/min 26
η
80%
70%
难以定量计算，使得离心泵 22
的特性曲线H～qv 、P～qv 、
H/m
18 14
H
60% 50% 12 40%
η～qv的关系只能靠实验测定， 10
2.离心泵的主要部件
以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地 工作，还需其它的辅助部件：
底阀（单向阀） ：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装 有底阀，它是一个 单向阀 ，可防止灌泵后，泵内液体倒流 到贮槽中。 滤网：防止液体中杂质进入泵体。
1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线
O
泵? ～ Q
离心泵的工作点
宜工作点，说明泵选择的较好。
① 管路特性曲线 H=A+BQ2为开口向上的抛物线， 纵轴 截距反映了管路上下游 总势能差；B反映了管路阻力的大 小；B↑，同样流量下管路的阻力越大 ，B较大的管路称为 高阻管路，反之则称为低阻管路；
H
管路H～ Q
1
H
A 泵H～ Q
A?
?z?
pv：20℃水的饱和蒸汽压；
p' v：输送温度下水的饱和蒸汽压；
三、安装高度 Hg
2、允许吸上真空度 在o-o与k-k截面间列伯努利方程
zo
?
po ?g
?
uo2 2g
?
zk
?
pk ?g
?
uk2 2g
?
hf ,o?k
Zs
Zs ?
po ? pk
?g
?
uk2 2g
?
hf
(o? k)
?
po ? pk
?g
?
4B型离心泵的特性曲线
二、离心泵的特性曲线 （3） ? ～Q曲线：
4B20离心泵
30 n＝2900r/min 26
22
η
80%
70%
60%
极值点 (最大值 )，此点称 泵
H/m
18 14
H
50% 12 40%
的设计点。 此时效率最高， 10
8 W 30%
N
损失最小，此点对应的 H、Q、
4 Nk 20%
1.4液体输送设备 1.4.1离心泵
流体分为液体和气体。 通常，将输送液体的机械称为泵； 将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、 鼓风机、压缩机和真空泵。 流体输送机械按工作原理分为：
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 其他类型：喷射式等
离心泵
离心泵的外观
P
84NkW
30% 20%
在泵出厂时列于产品样本中
0
0 20 40 60 80 100 120 140
0
以供参考。
qv/(m3/h)
4B型离心泵的特性曲线
二、离心泵的特性曲线
4B20离心泵
（1）H～Q曲线：
30 n＝2900r/min 26
η
80%
70%
Q↑ ， H↓(Q 很 小 时 可 能 例 22
离心泵的安装高度
一、汽蚀现象
当pk?pv， 叶轮中心汽化? 汽泡 被抛向外围?
压力升高 ? 凝结? 局部真空
? 撞击叶片(水锤) ? 伴随现象
? 周围液体高速冲向汽 泡中心
①泵体振动并发出噪音
②H, qv ? , 严重时不送液； ③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
一、汽蚀现象
汽蚀现象产生的原因
? Zs
?
Hs
?
u12 2g
?
hf
——允许吸上高度的计算式
二、离心泵的安装高度
Hs ?
pa ? p1
?g
HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗汽蚀性能好， 安装高度Zs越高。
提高 HS，势必要降低p1。
p1降低到操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时，即发 生汽蚀， Hs值达到临界值Hsmax，称为最大吸上真空度。1
0
20 40
0 60 80 100 120 140
0
P 称 最佳工况参数。 对应流
Q/(m3/h)
量称额定流量。
4B型离心泵的特性曲线
泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此 点附近操作，一般不应低于92％ηmax 。
1.4液体输送设备 1.4.1离心泵 1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线 1.4.3离心泵安装高度
2.离心泵的主要部件
叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主 要部件，其转速一般可达1200～3600转/min，高速10700 ～20450转/min。根据其结构可分为：
敞式叶轮
没有前、后盖板； 结构简单，清洗方便； 但是液体易发生倒流，效率较低； 适合于输送浆液和含有固粒悬浮物 的液体，不易堵塞。
图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交
点即为工作点。
H
管路H～ qv
1
H
A
泵H～ qv
A?
?z?
?P
?g
O
泵 η～ qv
qv
qv
离心泵的工作点
1、改变管路特性曲线
轴封装置
泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用是防止泵内高压 液体从间隙漏出，或避免外界空气进入泵内。
填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对 燃、易爆、有毒流体不适用；
机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好， 加工要求高。适用于要求密封较高的场合，如酸、碱、易燃 、易爆及有毒液体的输送。
一、汽蚀现象
液面较低的液体能被吸入泵的进 口，是由于叶轮将液体从中央甩向 外周，在叶轮中心进口处形成 负压 （真空）， 从而在液面与叶轮进口 之间形成一定的压差，液体籍此压 差被吸入泵内。现在的问题是离心 泵的安装高度Zs。
1-1
K-K
Zs
p0 0-0
离心泵的安装高度
在液面 0-0 与泵内压强最低处即叶轮中心进口处 K-K面之间列机械能衡算式，得：
H s max
?
pa ? pv
?g
0 Zs
二、离心泵的安装高度
Hs ?
pa ? p1
?g
为了避免汽蚀现象，规定吸上真空度留有一定的余量，
称为允许吸上真空高度Hsp。
H sp ? H smax
据此计算离心泵的安装高度，称为允许安装高度Zsp。
? Zsp
?
H sp
?
u12 2g
?
hf
1
0 Zs
二、离心泵的安装高度
1 p1 1?
管路特性方程
2.离心泵的工作点
工作点：泵特性曲线和管路特性曲线的交点。
在工作点处泵的输液量即为管 H 路的流量 Q ，泵提供的压头（扬 H 程）H 必恰等于 管路所要求的压
管路H～ qv
A
泵H～ Q
头H。 当工作点是在 高效区 （η不低
于92％ηmax ），则该工作点是 适
A? ?z? ?P ?g
? 安装高度太高； ? 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； ? 吸入管路阻力或压头损失太高。