化工流体流动与传热
化工原理总结
（5）流体在非圆形直管内的流动阻力 当流体在非圆型管内湍流流动时，计算阻力时d用当 量直径de代替。
当量直径：4倍的流通截面积除以流体润湿周边长度
de——当量直径，m； rH——水力半径，m。
de
4A
4rH
对于矩形管长为a,宽为b
（4）轴功率 离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电 动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，以N表 示，其单位为W或KW。泵的有效功率可写成
Ne QHg
由于有容积损失、水力损失与机 械损失，所以泵的轴功率N要大 于液体实际得到的有效功率，即
N Ne
泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比 泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功 率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。
0
T0 p Tp 0
上式中的ρ0为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准 状态下气体的绝对温度和绝对压强。
混合气体的密度：
m
pM m RT
M m M A yA M B yB M n yn
（2）流体的粘度
液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升 高而增大。
压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强 增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。
Re≤2000时，流动类型为层流； Re≥4000时，流动类型为湍流； 2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。
层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运 动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层 的同心圆筒在平行地流动。（滞流） 湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质 点还作剧烈的径向脉动。（紊流）
化工原理(流体流动、离心泵、传热)
化工原理练习一、选择1、已知甲醇水溶液中，按质量分数计甲醇90%水10%，甲醇密度792kg/m3,水密度998kg/m3，则该溶液密度近似为（）A 792kg/m3B 900kg/m3C 811kg/m3D 998kg/m32、已知293k 100kpa条件下含15%O2和85%CO2的混气密度（）A 1.73kg/m3B 1.80kg/m3C 2.21kg/m3D 1.45kg/m33、已知某设备内表压0.5×105Pa当地大气压100×103Pa，则设备内绝对压强为（）A 0.5×105PaB 1.5×104PaC 1.5×105PaD 1.0×105Pa4、流体压力为750mmHg柱换算成KPa为（）A 80B 90C 100D 110.55、水在管道中稳定流动时任意两个截面上流量qm1qm2关系为：（）A qm1=qm2B qm1＞qm2C qm1＜qm2D qm1≠qm26、已知物体质量为5kg，运动速度3m/s 则其动能为：（）A 15JB 22.5JC 45JD 37.5J7、湍流运动的基本特点是（）A 质点做不规则的杂乱运动B质点间互相碰撞C产生大大小小的旋涡D质点的脉动8、流体在做湍流流动时其平均流速为具中心最大流速的（）倍。
A 0.8B 1C 0.5D 0.39、下列不属于机械能的是（）A 内能B 动能C 静压能D 位能10、粘度的单位是（）A Pa/sB P a·sC PaD Pa/m211、流通堆面为3×5m 的矩形则其当量直径为（）A 3mB 5mC 4mD 3.75m12、已知密度为600kg/m3μ=1.1mp a·s 流速0.2m/s的流体在内径为50mm的管中流动，其流动类型（）A 层流B 过渡流C 湍流D 以上都不对13、离心泵开车时，为了减小启动功率，应使流量为0，即将（）A 出口阀门关小B 出口阀关闭C 出口阀门开大D 停机14、导轮的作用是（）A 转能B 增大流量C 提高扬程D 输送15、扬程与叶轮转速关系（）A 平方成正比B 立方成正比C 正比D 反比16、扬程与流体密度的关系是（）A 密度越大，扬程越小B密度越小，扬程越大C 扬程与密度无关D以上都不对17、下列改变离心泵工作点的方法不正确的是（）A 调节出口阀开度B 改变叶轮转速C 改变叶轮直径D 改变泵的高度18、离心泵串联时，泵组的扬程与单台泵的扬程关系是（）A H组=2H单台B H组＞2H单台C H组＜2H单台D 以上都不对19、对流传热膜系数的单位是（）A W/(m·k)B W/(m2·k)C J/(m·k)D J/(m2·k)20、穿过两层平壁的稳态热传导过程，已知各层温差△t1=50℃，△t2=60℃,则第一层，第二层热阻R1R2关系为（）A R1= R2B R1＞R2C R1＜R2D 无法确定21、某冷凝器用冷却水冷凝400K的有机蒸汽，冷却水进口温度为300K，出口340K ，其逆流传热平均温差为（）A 100KB 40KC 80KD 60K22、换热器间壁两侧对流传热膜系数为ą1，ą2且ą1«ą2为有效提高K总,应该设法( )A 提高ą1B 提高ą2C 提高ą1降低ą2D 同时减小23、离心泵的qv-H曲线是在（）条件下测定的A 效率一定B 功率一定C 转速一定D 管路一定24、下列物质中导热系数最大的是（）A 水B 钢C 空气D 石棉25、在对流传热过程中，对流传热的热阻主要集中在（）。
化工原理(上册)—化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案
化工原理(上册) - 化工流体流动与传热第三版柴诚敬习题答案第一章：引言习题1.1答案：该题为综合性问题，回答如下：根据流体力学原理，液体在容器中的自由表面是一个等势面，即在平衡时，液体表面上各点处的压力均相等。
所以整个液体处于静止状态。
习题1.2答案：该题为计算题。
首先，根据流速的定义：流体通过某个截面的单位时间内通过的体积与截面积之比，可得流速的公式为：v = Q / A，其中v表示流速，Q表示流体通过该截面的体积，A表示截面积。
已知流速v为10m/s，截面积A为0.5m²，代入公式计算得：Q = v × A = 10m/s × 0.5m² = 5m³/s。
所以，该管道内的流体通过的体积为5立方米每秒。
习题1.3答案：该题为基础性知识题。
流体静压头表示流体的静压差所能提供的相当于重力势能的高度。
根据流体的静压力与流体的高度关系可知，流体静压力可以通过将流体的重力势能转化为压力单位得到。
由于重力势能的单位可以表示为m·g·h，其中m为流体的质量，g为重力加速度，h为高度。
而流体的静压头就是将流体静压力除以流体的质量得到的，即流体静压力除以流体的质量。
所以，流体静压头是等于流体的高度。
第二章：流体动力学方程习题2.1答案：该题是一个计算题。
根据题意，已知流体的密度ρ为1.2 kg/m³，截面积A为0.4 m²，流速v为2 m/s，求流体的质量流量。
根据质量流量公式：Q = ρ × A × v，代入已知数值计算得：Q = 1.2 kg/m³ × 0.4 m² × 2 m/s = 0.96 kg/s。
所以，流体的质量流量为0.96 kg/s。
习题2.2答案：该题为综合性问题，回答如下：流体动量方程是描述流体运动的一个重要方程，其中包含了流体的质量流量、速度和压力等参数。
化工流体流动与传热4.3 对流传热概述
换热器任一截 面上热流体的 平均温度
换热器任一截 面上与热流体 相接触一侧的 壁温
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2. 热边界层
λ dt λ dt ( )w = − ( )w 因此有 α = − T − Tw dy ∆t d y
上式为对流传热系数的另一定义式， 上式为对流传热系数的另一定义式，该式表 对于一定的流体和温度差， 明，对于一定的流体和温度差，只要知道壁面附 近的流体层的温度梯度， 近的流体层的温度梯度，就可由该式求得α。 热边界层的厚薄影响层内的温度分布， 热边界层的厚薄影响层内的温度分布，因而 影响温度梯度。当边界层内、 影响温度梯度。当边界层内、外侧的温度差一定 热边界层愈薄， 愈大， 时，热边界层愈薄，则(dt/dy)w愈大，因而α就 愈大。反之，则相反。 愈大。反之，则相反。
24
4.3.3 保温层的临界直径
dc
图4-15 保温层的临界直径
25
第 4 章 传热
4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热概述 4.4 传热过程计算
4.4.1 热量衡算
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热平衡方程
假设换热器的热损失可忽略， 假设换热器的热损失可忽略 ， 则单位时间 内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 对于换热器的微元面积d 对于换热器的微元面积 dS ， 其热量衡算式 可表示为
dQ = α i (T − Tw )dS i =
λ
b
(Tw − t w )dS m = α o (t w − t )dS o
或
T − Tw Tw − t w tw − t dQ = = = 1 b 1
α i dSi
λ dS m
α o dS o
dQ = K (T − t )dS
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。
因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。
传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。
传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。
传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。
换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。
蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。
而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。
热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。
对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。
而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。
通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
化工流体流动与传热
1.1 流体的物理性质 1.2 流体静力学基本方程 1.3 流体流动的基本概念 1.4 流体流动的基本方程 1.5 动量传递与流动阻力导论 1.6 流体流动的微分方程 1.6.1 概述
一、微分衡算方程与微分衡算方法
1. 微分衡算方程
连续性
对微单分组质分量流衡体算进方行程√微分质量衡方算程
f ( , r,, z)
时间 径向 坐标
方位角 坐标
轴向 坐标
直角坐标与柱坐标的关系
三、柱坐标与球坐标的连续性方程
柱坐标的连续性方程为
1 r
r
(rur
)
1 r
(u
)
z
( u z
)
0
轴对称
0
r
三、柱坐标与球坐标的连续性方程
2. 球坐标的连续性方程 柱坐标系的坐标分量
f ( , r,, )
Du
D
dFx
dxdydz
Du x
D
dF
dFy
dxdydz Du y D
动量守恒定 律表达式
dFz
dxdydz
Du z
D
一、运动方程的推导
（2）作用在流体微元上的外力 ① 体积力 作用在流体微元整体上的力 只考虑重力场的影响
设 dFg —流体微元所受的重力，N
dFgx Xdxdydz dFg dFgy Ydxdydz
方法1
偏导数表示观察者位置固定，此时测得的温度
随时间的变化率。 （2）全导数 dt
d
方法2
全导数表示观察者与流体各以任意的速度运动，
此时测得的温度随时间的变化率。
二、物理量的时间导数
由 t t(x, y, z, )
化工原理传热中湍流的转化
化工原理传热中湍流的转化
湍流是指在流体中存在的一种无规则、复杂的流动状态。
在传热过程中，湍流的转化是指流体中的动能转化为热能的过程。
湍流传热主要通过两种机制实现：对流传热和传导传热。
对流传热是指流体通过湍流流动的方式将热量传递给周围环境。
湍流流动的特点是流动速度的突然变化和旋转的涡流结构。
这些涡流结构可以将热量从热源传递到流体中，并将其分散到周围环境中，从而实现对流传热。
湍流流动越强，对流传热越高效。
传导传热是指通过物质内部的微观振动和碰撞来传递热量。
湍流流动时，流体中的颗粒会因为涡流的作用而发生剧烈的碰撞和混合，加快了物质内部的传热速度。
同时，湍流流动还会将热量从高温区域传递到低温区域，从而实现热量的平衡分布。
总的来说，湍流传热通过湍流流动的方式将热量传递给周围环境，并加速了物质内部的传热速度。
这种转化过程在化工原理中经常出现，对于提高传热效率和优化化工过程具有重要意义。
化工原理流体知识点总结
化工原理流体知识点总结一、流体的基本性质1. 流体的定义流体是指在受到作用力的情况下，能够流动的物质，包括液体和气体。
2. 流体的分类（1）牛顿流体：满足牛顿流体定律的流体，即剪切应力与剪切速率成正比。
（2）非牛顿流体：不满足牛顿流体定律的流体，如塑料、胶体等。
3. 流体的性质（1）密度：单位体积流体的质量，通常用ρ表示，单位kg/m³。
（2）粘度：流体流动时的内部摩擦阻力，通常用η表示，单位Pa·s或mPa·s。
（3）表观黏度：流体在管道中流动时表现出的粘度，通常用μ表示，单位Pa·s或mPa·s。
（4）流变性：流体在外力作用下的形变特性，包括剪切流变和延伸流变。
4. 流体的运动（1）层流：流体呈层状流动，流线平行且不交叉。
（2）湍流：流体呈旋涡形式混合流动，流线交叉且无规律。
二、流态力学1. 流体静压（1）静压力：流体在容器中受到的压力，通常用P表示，单位Pa。
（2）流体的压强：P = ρgh，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为液面高度。
（3）帕斯卡定律：在静止流体中，内部任意一点的压力均相等。
2. 流体动压（1）动压力：流体在流动状态下受到的压力。
（2）动压公式：P = 0.5ρv²，其中ρ为流体密度，v为流体的流速。
3. 流体的质量守恒（1）连续方程：描述流体在流动中的质量守恒关系。
（2）连续方程公式：ρ1A1v1 = ρ2A2v2，其中ρ为流体密度，A为管道横截面积，v为流速。
4. 流体的动量守恒（1）牛顿第二定律：描述流体在流动中的动量守恒关系。
（2）牛顿第二定律公式：F = ρQ(v2 - v1)，其中F为管道上流体受到的合力，Q为流体流量，v为流速。
三、流体的运动1. 流体的流动类型（1）层流：小阻力、流速较慢。
（2）湍流：大阻力、流速较快。
2. 流体的流动参数（1）雷诺数：描述流体流动状态的无量纲参数，Re = ρvD/η，其中D为管道直径。
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一般为物 理过程
化学反应 工程（反
一般为物 理过程
预热 输送 精制 压缩
应过程＋ 设备反应 器）核心 地位
冷却（凝） 蒸发 结晶 吸收 精馏
……
……
共性问题
化工流体流动与传热 共性问题
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化工生产过程：对原料进行化学加工，最终获得 有价值产品的生产过程。
化学反应
化工生产过程 物理过程
反应工程
化工原理 （单元操作）
化工流体流动与传热
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0.1.2 化工单元操作
产品、原料多样性、生产过程复杂性—— ，化工生产工艺流程数以万计
可以归纳为： 工艺＝化学反应＋物理操作（有限个）
（有机组合）
化工流体流动与传热
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化工生产的核心：化学反应过程＋反应器 （化学反应工程）
物理操作过程(单元操作)：
为化学反应准备必要条件＋将反应物分离提纯 获得最终产品
化工流体流动与传热
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单元操作分类
①流体动力学过程：流体输送、沉降、过滤。 ②传热过程：加热、冷却、冷凝、蒸发。 ③传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离。 ④热质同时传递过程：气体的增湿减湿、结晶、
干燥。
化工流体流动与传热
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化工原理（单元操作）的研究内容包括“过 程”和“设备”两个方面。
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2.数学模型法（半经验半理论方法）
在对实际过程的机理深入分析的基础上， 在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化， 建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实验确定模型参数。
研究工程问题的方法论是联系各单元操作 的另一条主线。
化工流体流动与传热
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①单元操作设备的选择能力。 ②工程设计能力。 ③操作和调节生产过程的能力。 ④过程开发或科学研究能力。
化工流体流动与传热
教 学 安排
一、学时安排
总学时:56
授课52-54、机动2-4
Hale Waihona Puke 绪论1第一章 流体流动基础
19
第二章 流体输送机械
6
第三章 颗粒与流体之间的相对运动 8
第四章 液体搅拌
0
第五章 传热过程基础
12
第六章 换热器
6
第七章 蒸发
4
化工流体流动与传热
2
教学安排
二、教师安排 张裕卿
三、作业安排 （1）每周三由学习委员或班长收、发作业。 （2）题目类型：作业题。
Engineering, 6th ed. New York: McGraw.Hill Inc., 2001 (5)陈涛等.《化工传递过程基础》化学工业出版社 (6)柴诚敬.《化工原理学化工习流体指流动南与传》热 高等教育出版社,20152
0 绪论
0.1 化学工程学科的进展 0.2 单元操作与传递过程 0.3 单位制和单位换算 0.4 本章总结
化工流体流动与传热
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0.6 单位制和单位换算
0.6.1 单位制分类 任何物理量的大小＝数字＋单位
化工流体流动与传热
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一、 物理量的单位
1.基本单位和导出单位 基本单位：质量、长度、时间和温度。 导出单位：速度、密度、加速度等。
2.绝对单位制和重力单位制 绝对单位制：长度、质量、时间。 重力单位制：长度、时间和力。
化工流体流动与传热
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0.2 化工过程计算题目类型
化工过程计算题目类型： （1）设计型 （2）操作型
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0.3 化工过程计算依赖的基本关系
（1）质量守恒（守恒原理） （2）能量守恒（守恒原理） （3）平衡关系（化工热力学） （4）速率关系（传递方程）
化工流体流动与传热
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0.4 本课程特点
化工流体流动与传热
6
0.1 化学工程学科简介（进展）
0.1.1 化学工业
对原料进行化学加工，以改变物质结构 或组成，或合成新物质，而获得有用产 品的制造工业。 也称化学加工工业，其过程称为化工生 产过程。
化工流体流动与传热
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例如：高压聚乙烯生产的主要步骤
化工流体流动与传热
8
高压聚乙烯生产的主要步骤
化工流体流动与传热
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3.国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单
位制。
4.中华人民共和国法定计量单位 中华人民共和国法定计量单位是在SI制基
础上制定的，见教材附录1。
化工流体流动与传热
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二、单位换算
1.物理量的换算 基本物理量中为1m(米)＝物理单位制中
四、考试安排 期中、期末进行考试，采用闭卷与开卷相结合的
考试形式，期末成绩80％，期中和平时成绩占20％。
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教学安排
五、答疑安排 时间及地点：期末统一安排 平时地点：20楼化工原理教研室（832室）
六、有关要求 （1）按时交作业，无特殊情况补交作业无效。 （2）独立完成作业，发现抄袭，责任自负。 （3）累计欠作业1/3者取消考试资格。 （4）点名或抽查累计3次未到者取消考试资格。
化工流体流动与传热
4
教学安排
七、教材 柴诚敬等. 化工流体流动与传热,化学工业出版社,2007. 八、参考书 (1) 姚玉英等. 化工原理（上）. 天津大学出版社, 1999 (2)柴诚敬等.化工原理（上）. 高等教育出版社, 2005 (3)202.113.7.181(化工流体流动与传热网络课程) (4)W.L.McCabe, J.C.Smith. Unit Operations of Chemical
单元操作
动量传递 热量传递
质量传递
三传理论
传递过程是联系各单元操作的一条主线。
化工流体流动与传热
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化工原理课程的研究方法
1.实验研究方法（经验法） 以量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确
定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群（或 称准数）构成的关系式来表达。这是工程上一种 通用的基本方法。
化工流体流动与传热
强调： （1）工程观点（实验、合理简化、近似） （2）定量运算 （3）实验技能 （4）设计能力等的培养 （5）学习时强调理论联系实际
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基础课 技术基础课 专业课 深造或工作岗位
理论知识
有机结合 起桥梁作用
工程实际（经验）
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0.5 本课程学习要求
几个方面能力的培养： （1）单元操作和设备选择的能力 （2）工程设计能力（工艺过程计算和设备设计， 缺乏数据时，查资料、现场查定、实验测得等） （3）操作和调节生产过程的能力（故障排除、 了解优化生产过程的途经） （4）过程开发或科学研究能力（将可能变为现 实，实现工程目的，这是综合创造能力的体现）