化工单元操作--总复习

总复习 流体流动
重点：柏努利方程
∑+++=+++f e E P
u gz W P u gz ρρ22
22121122 Kg J /
∑+++=+++f e h g
P
g u z h g P g u z ρρ22
2212
1122 m N J =/
压强降)(2222
2212
11f f e p E P u gz W P u gz ∆+++
=+++
∑ρρρρρρ Pa m J =3
/
一、位能z/gz/ρgz
z 是相对值，是相对于所取水平面的垂直高度。

二、动能（两个知识点：连续性方程，流量计） 1、连续性方程
定态流动与非定态流动
定态流动时对所有流体有：常数====n n n A u A u A u ρρρΛΛ322111 对不可压缩流体有：常数====n n A u A u A u ΛΛ2211
对圆管有：2
12
2212
21
22
14
4d d d d A A u u ==
=ππ
2、流量计
孔板、文丘里、转子三种，利用V=uA 来测量。

孔板、文丘里：A 一定，Δu 与ΔP 根据柏努利方程成一定关系，而ΔP 由压差计测得。

故该两种流量计由孔板或文氏管与压差计相连组成。

V S 增大，Δu 增大，ΔP 增大，A 不变。

转子：f
f
f f A gV gV P ρρ-=
∆
V S 增大，转子上移，A 增大，Δu 不变，ΔP 不变。

三、静压能（两个知识点：静力学基本方程，密度ρ） 1、静力学基本方程 ①压强单位及换算：
O mH mmHg at Pa atm 2533.10760033.110013.11===⨯=
②压强表示法
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强 真空度= -表压强 ③表达式：gh P P ρ+=0或)(2112z z g P P -+=ρ
④等压面：等高、静止、连通、同一流体（分液器） ⑤应用：压强或压差的测量（U 形管）、液位测量、液封高度计算。

解题原理：等压面
指示液：与被测液不互溶，颜色好分辨，密度一般大于被测液（倒U 形管除外）
gR P B A )(ρρ-=∆（水平放置时）
气体为指示液，因液气ρρ≤，可忽略不计，所以gR P ρ=∆（液封时常用） 安全液封：g
P g P P h ρρ表=-≤0 溢流液封：g P
g P P h ρρ真=-≥0
2、密度
液体：随温度和压强变化而变化，可通过查表获得数据。

混合物：n
n m w w w ρρρρ+++=ΛΛ22111
气体：温度不太低，压强不太高时 RT PM =ρ P ：KPa 绝对压强 T ：K
混合物时：RT
PM m m =ρ
或 T
T P P 000ρρ= 其中K T 2730= KPa P 33.1010= 304.22m M =ρ
四、有效功We 、He （J/kg,J/N=m ）
有效功率Pe
η
ρηηv e m e e gq H q W P P ===
五、阻力损失（知识点：流型、粘度、阻力损失计算）
1、流型（滞流、湍流）
本质区别：滞流为轴向流动，湍流为径向与轴向混合运动，流动方向的差异。

判断依据：滞流Re ≦2000，湍流Re ≧4000，过渡流为中间值
μ
ρe e d u R = 圆形管e d = d 非圆形管流体润湿周长流通面积⨯=4e d 仅用于e d 计算。

2、粘度
单位 cP P s mPa s Pa 10001010001==⋅=⋅
影响 气体：T ↑μ↑ P 的影响不明显 液体：T ↑μ↓ 3、流动阻力计算
'
+=∑f f f
E E E
（直管+局部）
①直管：22u d l E f λ= g
u d l h f 22
λ= 22ρλu d l p f =∆
λ值：滞流区 2000≤e R e
R 64
=
λ 过渡流、湍流区 λ= f (Re,ε/d )
完全湍流区 λ= f (ε/d ) 与Re 即流型无关
②局部：阻力系数法 22
u h f ε=' 当量长度法 2
2u d l h e f λ='
③总阻力损失：2
)(222u d l u d l l h h h e f f f ελλ
+=+='+=∑或
同管径适用，不同管径时，则需分段计算。

④降低阻力损失措施：
减短管长，减少管件；加大管径，表面光滑；气体压缩或液化后输送；高粘度液体
需加热输送；加入阻垢剂等。

流体输送机械
液体泵：离心泵、往复泵、旋转泵、流体作用泵等 气体机：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵 一、离心泵工作原理及基本结构 二、性能参数与离心泵特性曲线 1、流量Q ：m 3/h
2、扬程或压头He ：1N 流体流过泵所获得的有效机械能。

测量：g
P P h H ρ120
++=
3、轴功率P ：W
4、效率η：P
g H Q P
P e e 3600ρη==
5、特性曲线：一定转速下常温清水为工质在常压下测定 最高效率点称工作点 三、影响因素
1、物性：ρ↑ H,Q, η不变， μ↑H,Q, η↓P ↑
2、转速n ，叶轮直径D 四、离心泵安装
1、气蚀：P 1<P V ，大量气化，进入到出口高压区，气泡破裂，形成局部真空，从而形成
很大的局部冲击力，破坏泵体，形成气蚀。

2、允许气蚀余量：抗气蚀性能指标 g
P g u g P h V ρρ-+=∆22
11
3、允许最大安装高度：
20101,max
,01,012v g f f P P P P u H H h H g g g g
ρρρ---=--=--∆-
4、防止措施：使P 1↑
具体措施：H g ↓,u 1↓(关小出口阀)，或H f,0-1↓(吸入管长↓，吸入管径↑) 五、流量调节
1、调节出口阀开度(最常用，方便，能量损失增大)
2、调节泵的转速、叶轮直径或并串联泵
3、当泵出口连到密闭容器（P 不变）时，物料ρ↑，Q ↑,H ↓,P ↑
传 热
重点：传热基本方程m t KS Q ∆=
一、Q 传热速率：换热器的能力；
热负荷：生产任务对换热器的要求。

设计中，热负荷代替传热速率计算，再乘上系数。

热负荷的确定：走管程流体所传递的热量。

热量衡算：L c h Q Q Q += L c pc c h ph h Q r t t C W r T T C W ++-=+-])[(])([1221 二、传热平均温度差 2
1
2
1ln t t t t t m ∆∆∆-∆=
∆
相同进出口温度时：并错逆m m m t t t ∆>∆>∆
两流体只有相变时为恒温传热：t T t m -=∆ 一侧恒温 并错逆m m m t t t ∆=∆=∆
三、传热系数
1、热传导
λ：导热系数，与密度和粘度相同都是物质固有的物性
气体液体非金属金属λλλλ>>>
平壁：
n
n
n n n
m
b t b t b t b b b t S
Q q λλλλλλ∆=∆=∆=
+
++∆==
222
1112
2
11ΛΛ 圆筒壁：
L
r r t L r r t L r r t L r r L r r L r r t L Q n m 334223211213342231122)
/ln(2)/ln(2)/ln(2)/ln(2)/ln(2)/ln(πλπλπλπλπλπλ∆=
∆=∆=+
+∆= 2、对流传热
m i i m t S t S Q ∆=∆=αα00
α不是物性，热阻主要集中在滞流内层，温降最大。

无相变：2.08
.0d
u B =α
u ↑,d ↓,改变流向，都可使α↑
有相变：冷凝（滴状、膜状）不凝性气体的排出及冷凝面的布置 沸腾（池内）：自然对流、核状沸腾，膜状沸腾（不稳定、稳定） 温差应控制在核状沸腾，α最大。

表面粗糙、清洁、操作P ↑,T ↑,μ↓,σ↓ α↑
3、污垢热阻：定时清除，阻垢剂，水处理等
4、总传热系数K
o so m o si i i o R S bS R S S K αλα11++++= 或o
so
si i R b R K αλα111++++=
四、强化传热途径，即Q ↑→K ↑ S ↑ Δt m ↑ 1、S ↑（改进设备结构，翅片状）
作用：提高了传热面积、设备紧凑；提高了流体湍动，α↑ 2、Δt m ↑：改变冷却剂或加热剂温度，或采用逆流或增加壳程数 3、K ↑即降低热阻，对薄壁（抓主要矛盾）
λb
一般较小，可忽略；刚投产时，so si R R +较小，o
i αα11+占主要矛盾 使用时间长了，so si R R +可能成为主导热阻。

提高的具体措施与途径：
①o
i αα11+
占主导时，o
i K
αα111+=，当o i αα>>，o
K
α11=→o K α=↑ 当i o αα>>，i
K
α11=→i K α=↑
当i o αα>>，o
i K αα111+= 同时提高o α、i α
②so si R R +占主导时，u ↑，扰动↑，b ↓；尽量使用软化水；
加阻垢剂；机械或化学除垢。