化工原理1
化工原理 第一章 流体流动 1.7
64 层流： l u 直管 h f Re d 2 湍流： f Re, d u 2 入 0.5 le u 2 局部 h f 或 hf 2 出 1 d 2
2
l le u 2 l u2 h f ( ) ( ) d 2 d 2
p2
2
R
孔板流量计
3.计算公式
在1-1′截面和2-2′截面间列柏努 利方程,暂时不计能量损失
p1 p2
1 0 R
2
用A0代替A2, 再考 虑到机械能损失
孔板流量计
在1~1`与0~0`列柏努利方程式 p
1
h
f 1 2
0,
p2
p0 1 2 p1 1 2 u1 gZ1 u0 gZ 0 2 2 Z1 Z 0 u u 2( p1 p0 ) /
u1 A1 u 2 A2 （不可压缩流体）
2 u1 d 12 u2 d 2 （圆管内） 2 u12 p1 u 2 p2 机械能衡算方程： gz1 he gz 2 hf 2 2
阻力计算式： 要求能够进行 管路计算及分 析： 简单管路 复杂管路 设计型、操作 型问题
作用原理:根据柏努利方程用压差反映流 速或流量
收缩段 扩大段
文氏喉，u0
文氏喉，u0
R
文丘里流量计
3.计算公式
式中CV——文丘里流量计的流量系数（约为0.98～0.99）;
A0——喉管处截面积，m2; ρ——被测流体的密度，kg/m3; ρ0——被测流体的密度，kg/m3.
文氏喉，u0
4.流量计的安装：
一. 差压流量计又称定截面流量计
特点:
是节流元件提供流体流动的截 面积是恒定的,而其上下游的压 强差随着流量（流速）而变化
化工原理1和2的区别
化工原理1和2的区别
《化工原理1》和《化工原理2》是两本不同的教材，它们的内容和重点各
有不同。
《化工原理1》以流体流动、传热及传质分离为重点，论述了化工、石油、轻工、食品、冶金工业等的典型过程原理及应用。
而《化工原理2》的具体内容和重点则不得而知，因为它可能是在《化工原理1》的基础上进行了修订、增补或侧重不同的内容。
此外，不同版本的教材之间也会有差异，比如新增内容、修改部分理论或案例等。
因此，要了解两本教材的具体差异，建议直接查阅这两本教材的目录和内容，或者咨询出版机构或专业人士。
化工原理(1)
一、名词解释绪论1.单元操作：使物质发生组成、状态、能量等变化的物理过程2.动量传递：在流体质点随机运动和碰撞过程中，动量从速度大处向速度小处传递的过程。
3.热量传递：流体内部因温度不同，热量从温度高处向温度低处传递的过程。
4.质量传递：因物质在流体内存在浓度差，物质从浓度高处向浓度低处传递的过程。
第一章5.流体质点：指包含足够多的分子，它比分子的自由程长度大很多，但它的形状与容器或管道相比又微不足道的小块流体。
6.表压强：当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，可用压强表来测量流体的压强。
此时压强表上的读数表示流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。
7.真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，可用真空表来测量流体的压强，此时真空表上的读数表示流体的绝对压强比大气压强低的数值8.比容：单位质量流体的体积9.体积流量：单位时间内流体经过管道任一截面的体积10.质量流量：单位时间内流体经过任一管道截面的质量11.层流：当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，充满整个管中的流体就如一层一层的同心圆筒在平行的流动，这种流动状态称为层流12.湍流：当流体在管路中流动时，流体质点除了沿管轴向前运动外，各质点的运动速度大小和方向时刻发生改变，质点间相互碰撞，相互混合，这种流动状态称为湍流第二章13.有效功率：单位时间内液体从泵叶轮处获得的有效能量14.扬程：泵对单位重量液体提供的有效能量15.有效气蚀余量：液体经泵吸入管到达泵入口处，入口处所具有的压头P1/ρg+U12/2g与液体在工作温度下的饱和蒸汽压头P v/ρg的差值为有效气蚀余量，以△H a表示16.必须气蚀余量：表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点处的全部压头损失第三章17.重力沉降：由地球引力作用而引发的颗粒沉降过程18.离心沉降：依靠离心力的作用，使流体中的颗粒产生的沉降运动19.临界粒径：含尘气体中，设有一种粒径能满足u tc=qV s/WL的条件，此粒径称为能100%除去的最小粒径，也称临界粒径20.过滤：是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔性材料，分离出固体颗粒的操作第四章21.热传导：物体内部或直接接触的两个物体之间存在温度差，热量会自动地从高温部分流向低温部分的过程22.传热速率：单位时间内通过传热面传递的热量23.热通量：单位面积的传热速率，也称热流密度，单位为W/m224.稳定传热过程：传热物体中各点温度仅随位置的改变而改变，不随时间的变化而变化的热量传递过程25.温度场：物体或系统内某一瞬间所有各点的温度分布总和26.等温面：温度场中同一时刻下所有相同温度的点想连接而构成的面27.温度梯度：两相邻等温面的温度差△t与两等温面之间的垂直距离△n的比值的极限第五章28.吸收：利用气体混合物中各组分溶解度不同来分离气体混和物的操作29.气体溶解度：在恒定的温度和压力下，气液相长期接触后，液相中溶质浓度不再增加，而达到饱和30.分子扩散：当静止流体内部某一组分存在浓度差时，因微观分子热运动使组分从浓度高处向浓度低处扩散的现象31.湍流扩散：当流体流动或搅动时，由于流体质点的宏观随机运动，使组分从浓度高处向浓度低处传递的现象32.扩散速率：单位时间内单位面积上扩散的物质量，以J表示，单位kmol/m2·s二、问答题绪论1、动量传递理论由什么定律描述？简述定律的内容。
化工原理 第一章 管内流体流动的基本方程式
二、稳定流动与不稳定流动
1、稳定流动 流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流
速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种 流动称之为稳定流动；
2019/11/12
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定常态流动.swf
2、不稳定流动 若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也 随时间变化，则称为非稳定流动。 在化工厂中，连续生产的开、停车阶段，属于非稳 定流动，而正常连续生产时，均属于稳定流动。 本章重点讨论定态流动问题。 注意：定态与稳定态的区别
u qV A
单位为m/ s 。习惯上，平均流速简称为流速。
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（2）质量流速
单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流 速，以w表示，单位为kg/（m2·s）。
数学表达式为： w qm A
对于圆形管道： A d 2
4
质量流速与流速的关系为：
u 4qV
d 2
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非定常态流动.swf
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三、连续性方程
在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算:
qm1
qm2
衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段 衡算基准：1s
对于连续稳定系统： qm1 qm2
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qm uA
u1
4
d12
u2
4
d22
u1 u2
d2 d1
2
表明：当体积流量qV一定时，管内流体的流速与管道直径 的平方成反比。
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例 如附图所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一 段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm的分支管3a 及3b连接而成。若水以9×10－3m/s的体积流量流动 ，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管
化工原理一
化工原理一
化工原理是化学工程专业的基础课程之一，它主要介绍了化工领域的基本原理
和基本知识。
化工原理一是化工原理课程中的第一部分，主要涉及化工基本概念、化工热力学和化工动力学等内容。
首先，化工原理一介绍了化工的基本概念，包括化工的定义、范围、发展历史
和重要性等方面。
化工是一门综合性强、应用广泛的学科，它涉及到化学、物理、工程等多个学科的知识，是现代工业生产的重要基础。
其次，化工原理一还涉及了化工热力学的基本内容。
热力学是研究能量转化和
能量传递规律的科学，而化工热力学则是将热力学原理应用于化工领域的一个重要分支。
化工热力学主要包括热力学基本概念、热力学过程、热力学定律等内容，它为化工工程的设计、运行和优化提供了重要的理论基础。
另外，化工原理一还涉及了化工动力学的基本内容。
动力学是研究物质在化学
反应过程中的行为规律的科学，而化工动力学则是将动力学原理应用于化工领域的一个重要分支。
化工动力学主要包括反应速率、反应机理、反应动力学方程等内容，它为化工工程的反应器设计、反应过程控制和优化提供了重要的理论支持。
综上所述，化工原理一是化学工程专业学生必修的一门重要课程，它为学生打
下了化工领域的基础知识和基本理论，为他们今后的学习和工作奠定了坚实的基础。
同时，化工原理一也为学生提供了一扇了解化工领域的窗口，让他们对化工这门学科有了更深入的了解和认识。
总之，化工原理一涵盖了化工的基本概念、化工热力学和化工动力学等内容，
它对于化学工程专业学生来说具有重要的意义。
希望学生们能够认真学习化工原理一这门课程，掌握其中的基本原理和知识，为将来的学习和工作打下坚实的基础。
化工原理第一章 流体流动1
A
B
所以
下午6时51分
0 h R
8喻国华
3. 液封高度的计算
液封作用： 确保设备安全：当设备 内压力超过规定值时，气 体从液封管排出； 防止气柜内气体泄漏。 液封高度：
p(表) h g
9喻国华
下午6时51分
管内流体流动基本方程式
流量与流速
稳定流动与不稳定流动 稳定流动系统的质量守恒 ——连续性方程 稳定流动流动系统的能量守恒 ——柏努利方程
p1 p2 pa Hg g ( z0 z2 ) p4 p3 p1 H2O g ( z4 z2 ) p6 p5 p4 Hg g ( z4 z6 ) p p6 H2O g ( z7 z6 )
p pa H 2O g z6 z2 z7 z4 H g g ( z0 z 4 z 2 z 6 ) 1000 9.81 (0.7 0.9 2.5 2.0) 13600 9.81 (2.0 2.1 0.9 0.7) 下午6时51分 305.91kPa
p ——静压头 g
He——外加压头或有效压头。
Σhf——压头损失
下午6时51分
26喻国华
（3）以单位体积流体为基准 将(1)式各项同乘以 :
z1g z1g 1 1 u12 p1 We z2 g u2 2 p2 W f 2 2 1 1 u12 p1 We z2 g u2 2 p2 p f 2 2
6喻国华
2. 液位测量
（1）近距离液位测量装置
压差计读数R反映出容器
内的液面高度。
0 h R
液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液 面达到最高时，h为零，R亦为零。
化工原理-1-第七章-质量传递基础
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
化工原理-第一章
29
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（3） 倒U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 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
30
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例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流
体在某截面处的压力，直接在该处连接一U形压差计，
指示液为水银，读数
18
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表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
p1
表压
大气压
真空度 绝对压力
p2
绝对压力 绝对真空
19
返回
1.1.3 流体静力学平衡方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， （1）上端面所受总压力
P1 p1 A
Const.
p1 G p2
p0
重力场中对液柱进行受力分析：
5
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1.0.0 流体的特征
液体和气体统称为流体。
• 具有流动性；
• 无固定形状，随容器形状而变化； • 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，
如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，
如气体。
6
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1.0.1 研究流体流动的目的
1、流体输送：选择适宜流速、确定管路直径、 选用输送设备； 2、压强、流速和流量的测量：便于了解和控制 生产； 3、为强化设备提供适宜流动条件：如传热、传 质设备的强化。
9
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1.0.3 流体流动中的作用力
1、体积力： 体积力作用于流体的每一个质点上，并与流体的 质量成正比，也称为质量力，如重力、离心力。 2、表面力：包括压力与剪力 压力：垂直于表面的力 剪力：平行于表面的力，又称粘性力，与流体运动 有关。 返回
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例1-2 如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两U形压差计间 充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为
Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。 试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。
化工原理1
2. 液位测量
（1）近距离液位测量装置 压差计读数R反映出容器内
设指示液的密度: 被测流体的密度:
A与A′面 为等压面，即
而
p1
p2
m
R
A
A’
化工原理1
所以 整理得 若被测流体是气体，
，则有
化工原理1
讨论：
（1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连
接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度；
p1
p1
pa
pa
表压
真空度
化工原理1
（2）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。
化工原理1
表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
表压 绝对压力
真空度 绝对压力
大气压 绝对真空
化工原理1
1.2 密度与比体积
1.2.1、密度定义 单位体积流体的质量，称为流体的密度（kg/m3 ） 。
一、单组分密度
液体：密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。
（3）液柱的重力
方向向上 方向向下
p0
p1
G z1
p2
z2
化工原理1
液柱处于静止时，上述三项力的合力为零: 压力形式 能量形式
— 静力学基本方程
化工原理1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 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：
— 单位质量流体所具有的位能，J/kg； — 单位质量流体所具有的静压能，J/kg。 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者 可以转换，其总和保持不变 。
例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压力， 直接在该处连接一U形压差计，
指 示 液 为 水 银 ， 读 数 R ＝ 250mm ， m ＝ 900mm 。 已 知 当 地 大 气 压 为 101.3kPa ， 水 的 密度1000kg/m3，水银的密度13600kg/m3。试 计算该截面处的压力。
的液面高度。
A
液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦 为零。
化工原理1
（2）远距离液位测量装置
管道中充满氮气，其密度较小， 近似认为
B 而
A
所以
化工原理1
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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化工原理1
化工原理1
2020/11/12
化工原理1
或以流体柱高度表示 ： 注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，
如600mmHg，10mH2O等。 标准大气压的换算关系： 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O 三、 压力的表示方法
绝对压力: 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度: 以大气压为基准测得的压力。
应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
化工原理1
（2）双液体U管压差计(微差压计)
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示
液A和C
；
扩大室内径与U管内径之比应大于10 。
化工原理1
（3） 倒U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
（4） 倾斜式压差计
被测液体 化工原理1
化工原理1
（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。 压力相等的面称为等压面。
（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相 应的变化。 ——巴斯噶原理
P1
P2
1
1
32 54
2 354
等压面实例
p
化工原理1
1.4 静力学基本方程的应用 1. 压力及压力差的测量 （1）U形压差计
化工原理1
气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：
注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件 不同，则密度需进行换算。
化工原理1
二、混合物的密度 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有 — 气体混合物中各组分的体积分率。 或 — 混合气体的平均摩尔质量
化工原理1
混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有
— 液体混合物中各组分的质量分率。 1.2.2 比容
单位质量流体具有的体积，是密度的倒数(m3/kg) 。
化工原理1
1.3 流体静力学方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， 重力场中对液柱进行受力分析： （1）上端面所受总压力
方向向下
（2）下端面所受总压力